Исследование и разработка СВЧ устройств для формирования равномерного температурного поля диэлектрических материалов

• Автор: Потапова, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Глава 1. СВЧ УСТРОЙСТВА ТЕРМООБРАБОТКИ ЛИСТОВЫХ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Источники СВЧ энергии для термообработки материалов

1.2. СВЧ устройства типа бегущей волны для термообработки листовых диэлектрических материалов

1.2.1. Применение волноводных систем в устройствах СВЧ нагрева

1.2.2. Применение замедляющих систем в СВЧ устройствах

1.3. Модели и методы расчета СВЧ устройств волноводного типа

1.4. Модели и методы расчета СВЧ устройств на замедляющих системах

Выводы к главе

Глава 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА СВЧ

УСТРОЙСТВ ВОЛНОВОДНОГО ТИПА

2.1. Аналитическая модель и метод расчета процесса взаимодействия СВЧ поля с диэлектрической средой
2.2. Связь параметров электромагнитного поля и распределения температурного поля в диэлектрических материалах
2.3. Метод расчета постоянных затухания для СВЧ устройств термообработки диэлектрических материалов
2.4. Модели, метод расчета и экспериментальные исследования новых СВЧ устройств волноводного типа
2.5. Методика проведения экспериментальных исследований
Выводы к главе
Глава 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА СВЧ
УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

3.1. Расчет постоянных затухания СВЧ устройств на основе замедляющих систем
3.2. Модель, метод расчета и экспериментальные исследования температурного поля в тонких листовых материалах
3.3. Метод расчета замедляющих систем для термообработки диэлектрических материалов
3.4. Модель, метод расчета и экспериментальны исследования распределения температурного поля по толщине диэлектрического материала
Выводы к главе
Глава 4. МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА СВЧ УСТРОЙСТВ С УЧЕТОМ ЗАВИСИМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ
4.1. Методика расчета устройств СВЧ нагрева в режиме бегущей волны
4.2. Метод расчета функции распределения СВЧ мощности в диэлектрических материалах в режиме бегущей волны
4.3. Анализ теоретических и экспериментальных результатов
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность работы. Современные тенденции в области термообработки диэлектрических материалов направлены на поиск новых высокоэффективных и экологически чистых технологий. Одним из таких направлений является использование в качестве источника тепла энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ энергии) [1-5].
При разработке СВЧ устройств, предназначенных для технологических процессов термообработки диэлектрических материалов, используются свойства СВЧ нагрева: объемный характер, избирательность и высокая чистота нагрева, высокий коэффициент преобразования СВЧ энергии в тепловую энергию [1-5].
Использование электромагнитного поля сверхвысоких частот для целей термообработки диэлектрических материалов позволяет осуществить интенсивные, безотходные, энергосберегающие и экологически чистые технологии.
Известны и описаны СВЧ устройства, реализующие технологии термообработки диэлектрических материалов в различных отраслях промышленности [1-17].
Разработка новых методов расчета как самих СВЧ устройств, так и технологических процессов равномерного нагрева диэлектрических материалов является актуальной задачей в различных отраслях промышленности, и ее решению посвящена настоящая работа.
Решение этой задачи позволит улучшить качество обрабатываемых материалов за счет объемного и равномерного характера нагрева, поднять на более высокий уровень показатели самих технологических процессов, характеризующихся экологической чистотой, отсутствием тепловой инерции и высоким коэффициентом полезного действия СВЧ устройств.
В настоящее время существует потребность в новых технологических процессах равномерного нагрева листовых диэлектрических материалов,

Как показано в [40], при расчете Ь без учета запаздывания потенциала фазовую постоянную /? в левой части уравнения (1.51) следует заменить на поперечную постоянную г, связанную с /3 и волновым числом к следующим соотношением:
(51 =т2 + к2 (1.31)
В процессе затухания величины /? и г являются комплексными. Интенсивность затухания характеризуется мнимой частью /?, т.е. постоянной затухания а,
Дальнейшие рассуждения сводятся к анализу конкретных конструкций замедляющих систем с целью определения величины постоянной затухания. Однако никаких экспериментальных результатов по распределению температурного поля в листовых диэлектрических и полупроводящих материалах с использованием данной модели в научных публикациях не приводится. Следует отметить, что постоянная затухания, которая рассчитывается в данной модели, не зависит от температуры материала.
В работе [41] рассмотрены перспективы применения замедляющих систем в нетрадиционных областях, в частности, медицине и термообработке диэлектрических материалов. Утверждается, что наиболее целесообразно разрабатывать СВЧ устройства на основе замедляющих систем даже на относительно низких частотах, вплоть до единиц мегагерц. Это позволяет существенно уменьшить габариты СВЧ устройств и повысить их эффективность. Однако и в этой работе не приводятся какие-либо экспериментальные результаты распределения температурного поля в диэлектрических материалах.
В работах [38, 39, 45, 60] рассмотрено новое направление в области создания СВЧ устройств термообработки листовых диэлектрических материалов больших площадей. Это направление связано с использованием секций и модулей устройств СВЧ нагрева, основу конструкции которых составляют участки многоэтажных двумерно-периодических замедляющих