СВЧ-устройства равномерного нагрева диэлектрических материалов волноводного и резонаторного типов

• Автор: Дрогайцева, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 208 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ГЛАВА I. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА КОТОРЫХ ИЗМЕНЯЮТСЯ В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООБРАБОТКИ В ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕМНЫХ СВЧ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ
1.1. Математическая модель процесса взаимодействия электромагнитного поля с термопараметрическими материалами в волноводных и резонаторных СВЧ-устройствах
1.2. Математическая модель процесса теплообмена и нагрева диэлектрических материалов в СВЧ-установках конвейерного и стационарного типов
1.3. Метод решения ВКЗЭиТ для замкнутых электродинамических структур, частично заполненных произвольным материалом, физические свойства которого изменяются в процессе теплообмена
Основные результаты и выводы по первой главе диссертационной работы
2. ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ ВОЛНОВОДНЫХ КОНВЕЙЕРНЫХ СВЧ-УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ВОЛНОВОДОВ СЛОЖНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
2.1. Электродинамические и тепловые свойства волноводов сложных сечений
2.2. Электродинамические и тепловые свойства волноводных СВЧ-установок поперечного типа на основе ВСС
2.3. Метод расчета продольного профиля рабочей камеры волноводных конвейерных установок поперечного и продольного типов, обеспечивающий равномерный нагрев произвольных диэлектрических материалов
Основные результаты и выводы по второй главе диссертационной работы
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ РЕЗОНАТОРНЫХ КАМЕР С МНОГОЩЕЛЕВЫМИ И КОМБИНИРОВАННЫМИ СИСТЕМАМИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
3.1 Основные электрофизические и тепловые параметры,
определяющие качество термообработки диэлектрических материалов и эффективность системы возбуждения электромагнитного поля в СВЧ-установках резонаторного типа
3.2 Электродинамические и тепловые свойства СВЧ нагревательных установок резонаторного типа с многощелевыми системами
возбуждения электромагнитного поля
3.3 Основные направления модернизации СВЧ-установок резонаторного
типа бытового назначения для термообработки пищевых
продуктов
Основные результаты и выводы по третьей главе диссертационной работы
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Из широкого класса СВЧ нагревательных установок промышленного и бытового назначения для термообработки диэлектрических материалов наибольшее распространение получили конвейерные и стационарные СВЧ-устройства волноводного и резонаторного типов. В данных установках используется принцип объемного выделения тепловой энергии в обрабатываемом материале электромагнитным полем СВЧ, что выгодно отличает их от установок конвекционного нагрева [1-3]. Глубина-проникновения СВЧ-мощности в материал определяется частотой, на которой производится термообработка [4]. Наибольшая глубина проникновения наблюдается на частоте - у = 433 МГц - наименьшей частоте из частот, отпущенных для целей промышленного и бытового назначения. Наименьшая глубина проникновения СВЧ-мощности в материал наблюдается на частоте у = 2450 МГц. Однако, несмотря на объемное выделение тепловой энергии электромагнитным полем, в диэлектрическом материале распределение удельной мощности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала, как правило, неоднородно, что приводит к неравномерности нагрева материала и возникновению термоупругих напряжений. Данное положение приводит к ухудшению качества готовой продукции и снижению интенсивности термообработки. В- связи с этим, актуальной задачей в технике и энергетике СВЧ является повышение' уровня однородности удельной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала, то есть, равномерности нагрева. Это достаточно сложная задача, особенно в установках стационарного типа, предназначенных для термообработки неподвижных диэлектрических материалов (микроволновые бытовые печи).
Задача достижения равномерности нагрева в волноводных и резонаторных СВЧ-устройствах резко усложняется, если электрофизические

теплопроводности материала (/.(,7))= о). В данном случае уравнение теплопроводности имеет чисто временной характер:
что значительно упрощает анализ тепловых свойств данных СВЧ нагревательных систем равномерного нагрева термопараметрических диэлектрических материалов, поглощающих СВЧ-мощность.
В отличие от граничных условий внутренней краевой задачи электродинамики (граничные условия Неймана и Дирихле), в теплотехнике существуют четыре вида граничных условий, определяющих однозначность решения уравнения теплопроводности (1.47), два из которых носят принципиальный, основополагающий характер при решении конкретных задач термообработки произвольных диэлектрических материалов с помощью энергии СВЧ поля.
Граничное условие 1-го рода (условие Дирихле) определяет температуру на внешней поверхности материала Б в любой момент времени [52]:
Как показано в работах [38, 52], граничные условия 1-го рода, как правило, описывают задачи разогрева материала при заданном изменении температуры на границе раздела сред или при весьма интенсивном теплообмене с окружающей средой. Однако круг задач, описываемых граничным условием 1-го рода, весьма ограничен, и это условие в основном используется при разработке и тестировании численных методов решения задач теплопроводности.
Граничное условие П-го рода (условие Неймана) определяет величину теплового потока на теплоотдающей поверхности нагреваемого тела:
(1.51)
(1.52)