Повышение эффективности теплообменных процессов при термообработке гуммировочных покрытий с использованием СВЧ-энергии

• Автор: Шестаков, Демид Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О ПРИМЕНЕНИИ СВЧЭНЕРГИИ В ЗАДАЧАХ ТЕПЛОТЕХНИКИ.

1.1. Общие сведения о передаче энергии посредством электромагнитных волн.

1.2. Отражение и преломление плоской волны при падении на обрабатываемый эластомерный материал.

1.2.1. Перпендикулярное падение волны на границу раздела сред.

1.2.2. Наклонное падение волны на границу раздела сред

1.3. Преобразование энергии электромагнитного поля в тепловую. Свойства поглощающих материалов

1.4. Генераторы электромагнитного поля сверхвысокой частоты

1.5. Математическое описание процесса нагрева полимерных материалов в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.

1.6. Выводы по главе и постановка задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА
В ОБРАБАТЫВАЕМОМ МАТЕРИАЛЕ ПРИ ВУЛКАНИЗАЦИИ ДЛИННОМЕРНОГО РУЛОННОГО ЭЛАСТОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА.
2.1. Математическая модель процесса обработки эластомерного ленточного материала.
2.1.1. Постановка задачи в дифференциальном виде
2.1.2. Аналитическое решение задачи
о температурном поле.
2.1.3. Расчет тепловых потоков
2.2. Соотношение тепловых и технологических характеристик
при производстве гуммировочных листовых заготовок
2.2.1. Основные расчетные зависимости.
2.2.2. Факторы, влияющие на теплообмен
2.3. Влияние теплового эффекта протекающих химических реакций
на динамику нагрева изделия
2.3.1. Расчет температурного поля изделия с учетом влияния эндо и экзотермических химических реакций.
2.3.2. Расчет тепловых потоков с учетом влияния тепловых эффектов протекающих химических реакций.
2.3.3. Влияние тепловых и технологических параметров на динамику изменения температуры
листовых гуммировочных заготовок.
2.4. Особенности теплообмена при обработке цилиндрических
эластомерных заготовок
2.4.1. Математическая модель
2.4.2. Соотношение тепловых и технологических характеристик
при производстве эластомерных цилиндрических заготовок
2.4.3. Тепловой эффект химических реакций.
2.5 Выводы по главе
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЧПОЛЯ ДЛЯ НАГРЕВА ЭЛАСТОМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ.
3.1. Математическое описание воздействия СВЧизлучения
на резиновые смеси.
3.2. Экспериментальное исследование методики предварительного СВЧнагрева эластомерного покрытия перед вулканизацией
3.2.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения исследования
3.2.2. Результаты экспериментального исследования нагрева эластомерного покрытия электромагнитным полем.
3.3. Исследование влияния предварительного нагрева эластомерного покрытия СВЧполем перед вулканизацией
на качество готового изделия.
3.4. Методика экспериментального определения значения фактора диэлектрических потерь обрабатываемого материала.
3.5 Выводы по главе
4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ НАГРЕВА ЭЛАСТОМЕРНОГО
МАТЕРИАЛА В СВЧПОЛЕ
ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
4.1 Обеспечение безопасности при использовании аппаратов,
генерирующих СВЧэнергию
4.2 Устройство для непрерывного СВЧнагрева длинномерных
шприцованных профилей.
4.3 Устройство периодического действия для нагрева
массивных шин СВЧполем.
4.4 Разработка устройства для непрерывного нагрева эластомерного рулонного материала электромагнитным полем
сверхвысокой частоты
4.5 Расчет технологических параметров разработанного устройства.
4.6 Выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Это так называемый диапазон сверхвысоких частот СВЧ или микроволновой диапазон. СВЧнагрева представляется возможным сократить энергозатраты до источники СВЧизлучения для нагрева наиболее часто используют магнетроны позволяют создавать поля значительной мощности при небольших габаритах установки. Исторически СВЧдиапазон электромагнитных колебаний используется преимущественно для передачи информации по открытым радиоканалам, поэтому научная и техническая база по исследованию микроволн в основном направлена на изучение их свойств при распространении в атмосфере. Техника генерирования, передачи и приема электромагнитных волн сверхвысокой частоты существует с начала сороковых годов го столетия, но разрабатывалась она для военных целей, главным образом для радиолокации. Широкое распространение СВЧнагрев получил в быту. Преимущества термической обработки СВЧполем может оценить любой обладатель микроволновой печи. В промышленных процессах СВЧнагрев применяется довольно ограничено. Большинство работ, в которых отражено применение СВЧнагрева в различных технологических процессах, стало появляться с начала х годов. До этого времени техника генерирования СВЧполя не была доступна большинству исследователей, работающих в области термической обработки диэлектрических материалов. Когда электронная промышленность приступила к серийному выпуску бытовых микроволновых печей, они сразу стали использоваться в научных разработках прикладного характера. Большинство работ по исследованию СВЧнагрева демонстрирует большую эффективность его применения, однако носит описательный характер. Целесообразность применения СВЧэнергии доказана прямым экспериментальным апробированием в различных технологических процессах всевозможных отраслей экономики ,,, , 0, 1, 5. Электромагнитные поля микроволнового диапазона также используются и при вулканизации предварительном нагреве резинотехнических смесей в шинном производстве 6, , . СВЧэнергию именно в ходе предварительного нагрева перед вулканизацией. Эффективность предварительной довулканизационной термической обработки и ее влияние на качество готового изделия показана в теоретических расчетах , , а также опытным путем. Предварительный СВЧнагрев тем более эффективен, что он при определенных условиях позволяет увеличивать температуру в центре изделия 4, , 9, в чем и состоит кардинальное отличие от традиционных методов термообработки каучуковых заготовок. Последующая вулканизация классическими способами путем нагрева изделия от внешних поверхностей к центру позволяет достичь наиболее равномерного распределения температуры в объеме обрабатываемого материала на момент начала химических реакций, что обуславливает повышение качества готового продукта. Цель диссертационной работы интенсифицировать процессы, повысить производительность оборудования и улучшить качество вулканизации эластомерных материалов и гуммированных объектов путем использования нагрева изделия электромагнитным полем сверхвысокой частоты. Разработана математическая модель теплообмена в эластомерном материале при нагреве гуммировочных листовых заготовок. Найдено аналитическое решение дифференциального уравнения теплообмена при условиях однозначности, характерных для производства гуммировочных изделий. На основе анализа этого уравнения выявлены определяющие критерии, влияющие на процесс изменения температуры в обрабатываемом материале при условии протекания эндо и экзотермических химических реакций, установлена функциональная связь между ними. Разработана математическая модель нагрева эластомерного материала электромагнитным полем сверхвысокой частоты. На основе реализации данной модели с помощью численного метода конечных разностей получено распределение температур в обрабатываемом материале, которое сопоставлено с результатами проведенных экспериментальных исследований. Установлен характер взаимосвязи технологических и теплофизических параметров процесса обработки. Разработана обобщающая функциональная схема аппаратов нагрева электромагнитным полем сверхвысокой частоты.