Рабочие камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.10, кандидат технических наук Гришина, Екатерина Михайловна

• Гришина, Екатерина Михайловна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гришина, Екатерина Михайловна

Введение.

1. СВЧ электротехнология и её применение.

1.1. Тепловая СВЧ модификация диэлектриков.

1.1.1. СВЧ диэлектрический нагрев.

1.1.2. СВЧ электротермические установки и их классификация.

1.2. Нетепловая СВЧ модификация диэлектриков.

1.2.1. Нетепловое СВЧ воздействие на диэлектрики.

1.2.2. СВЧ электротехнологические установки нетеплового действия и их классификация.

2. Рабочие камеры лучевого типа для СВЧ модификации диэлектриков.

2.1. Классификация рабочих камер.

2.2. Излучатели СВЧ энергии и электромагнитные волны в камерах лучевого типа.

2.3. Технологические процессы, реализуемые в установках с камерами лучевого типа.

2.4. Камеры лучевого типа с несколькими излучающими системами.

3. Камеры лучевого типа установок СВЧ диэлектрического нагрева.

3.1. Энергетическая эффективность камер лучевого типа.

3.1.1. Энергетическая эффективность.

3.1.2. Повышение энергетической эффективности камер лучевого типа.

3.2. Самосогласованная краевая задача электродинамики и тепломассопереноса для камер лучевого типа.

3.2.1. Постановка самосогласованной краевой задачи.

3.2.2. Методы решения самосогласованной краевой задачи.

3.3. Расчет камер лучевого типа и математическое моделирование процессов тепловой модификации.

3.3.1. Расчет камер лучевого типа.

3.3.2. Математическое моделирование процессов тепловой модификации.

3.3.3. Максимально достижимая температура в камерах лучевого типа.

4. Камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для нетепловой модификации.

4.1. Особенности повышения энергетической эффективности камер лучевого типа для нетепловой модификации диэлектриков.

4.2. Камеры лучевого типа для обработки синтетических нитей и тканей на их основе.

4.2.1. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации синтетических нитей и волокон.

4.2.2. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации , тканей на основе синтетических нитей.

4.3. Камеры лучевого типа для обработки жидких и вязких полимерных материалов.

4.3.1. Движение жидкостей в камерах лучевого типа.

4.3.2. Рабочие камеры лучевого типа для модификации ньютоновских жидкостей.

4.3.3. Рабочие камеры лучевого типа для модификации неньютоновских жидкостей.

4.4. Камеры лучевого типа для обработки сыпучих материалов.

4.4.1. Движение сыпучих материалов в камерах лучевого типа.

4.4.2. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации сыпучего материала.

5. Проектирование камер лучевого типа и СВЧ установок на их основе.

5.1. Конструкции и характеристики камер лучевого типа и СВЧ установок на их основе.

5.1.1. Камера лучевого типа и СВЧ установка для тепловой модификации диэлектриков.

5.1.2. Камера лучевого типа и СВЧ установка для нетепловой модификации диэлектриков.

5.1.3 .СВЧ установка гибридного типа.

5.2. Технико-экономические принципы проектирования камер лучевого типа и СВЧ электротехнологических установок на их основе.

5.3. Камеры лучевого типа и установки

СВЧ диэлектрического нагрева диэлектриков.

5.4. Камеры лучевого типа и установки СВЧ нетепловой модификации диэлектриков.

5.5. Камеры лучевого типа и СВЧ электротехнологические установки гибридного типа.

Заключение диссертации по теме «Электротехнология», Гришина, Екатерина Михайловна

Основные результаты и выводы из них сводятся к следующему:

1. Исследована проблема энергетической эффективности камер лучевого типа, реализующих тепловую и нетепловую СВЧ модификацию диэлектриков. Для повышения энергетической эффективности предложено применять согласующий четвертьволновый трансформатор и приемную рупорную систему, позволяющую использовать пришедшую в нее СВЧ энергию для модификации того же диэлектрика в той же камере лучевого типа или другой диэлектрик в дополнительный рабочей камере любого типа.

2. Решена самосогласованная краевая задача электродинамики и теп-ломассопереноса (теплопроводности) для камер лучевого типа. На базе этого решения построены методы расчета камер лучевого типа и математического моделирования тепловой модификации.

3. Предложена конструкция многогенераторной СВЧ электротермической установки на камере лучевого типа, позволяющая сконцентрировать СВЧ энергию в ограниченном объеме нагреваемого объекта. Разработанные алгоритмы и программное обеспечение математического моделирования термообработки в камерах лучевого типа позволили исследовать технические возможности этих камер для высокотемпературного нагрева объектов с целью получения наноматериалов и установить максимально достижимую температуру объекта при современных серийных магнетронов в качестве СВЧ генераторов.

4. Разработаны методы расчета нового класса камер лучевого типа, предназначенных для нетепловой СВЧ модификации полимерных материалов и изделий. Предложены конструкции и исследованы характеристики камер лучевого типа для нетепловой СВЧ модификации твердых, сыпучих и жидких материалов. Это дает возможность исследователям нетепловой СВЧ модификации полимеров проектировать промышленные СВЧ электротехнологические установки, реализующие предлагаемые ими технологические процессы.

5. Предложены технико-экономические принципы проектирования камер лучевого типа и СВЧ электротехнологических установок на их основе, позволяющие получать максимальную прибыль при их эксплуатации.

Итак, в настоящей диссертационной работе решена научно-практическая задача, имеющая существенное значение для технологического перевооружения предприятий в той области, к которой относится термообработка различных диэлектриков, получение полимерных материалов и изделий с новыми полезными технологическими свойствами.

В диссертации основное внимание уделено разработке основного узла высокопроизводительных, энергосберегающих СВЧ электротехнологических установок - рабочей камеры, а именно камеры лучевого типа, наименее исследованного типа рабочих камер, имеющих несомненные преимущества перед рабочими камерами иного типа.

На наш взгляд, дальнейшее развитие работ в области СВЧ модификации диэлектриков требует удешевление СВЧ генераторов, источников их питания и всей установки в целом, проведения исследований в областях, пока что малоизученных, таких как определение электрофизических и теп-лофизических параметров модифицируемых диэлектриков в широком интервале температур вплоть до максимально достижимых при СВЧ энергоподводе.

Заключение

В результате научных исследований, положенных в основу этой диссертации, предложены методы расчета и конструкции камер лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гришина, Екатерина Михайловна, 2009 год

1. Доглополов H.H. Электрофизические методы в технологии строительных материалов/ H.H. Долгополов — М.: Изд-во литературы по строительству, 1971.—376 с.

2. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов/ И.А. Рогов.— Мл Агропромиздат, 1988.— 336 с.

3. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в процессе сушки / A.B. Лыков. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956.— 599 с.

4. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот / Г.Пюшнер. — М.: Энергия, 1968.-311 с.

5. СВЧ энергетика / Под ред. Э. Окресса—Т.2. М.: Мир, 1971.— 423 с.

6. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермия / Ю.С. Архангельский. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1998. — 408с.

7. Рогов И.А. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов / И.А. Рогов, C.B. Некрутман. — М.: Пищевая промышленность, 1976.— 364 с.

8. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермические установки лучевого типа / Ю.С. Архангельский, C.B. Тригорлый. — Саратов: Сарат. гос. техн. унт, 2000 122 с.

9. Колесников Е.В. Проектирование электротехнологических установок / Е.В. Колесников. — Саратов: Сарат. гос. техн.ун-т, 2006.— 282 с.

10. Вайнпггейн Л.А. Электромагнитные волны / Л.А. Вайнпггейн. — М.: Советское радио, 1957.—581 с.

11. Тамм И.Е. Основы теории электричества / И.Е. Тамм. — М.: Госиздат. технико-теоретической литературы, 1954.— 620 с.

12. Архангельский Ю.С. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов / Ю.С. Архангельский, И.И. Девяткин. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983 — 140 с.

13. Игнатов В.В. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку / В.В. Игнатов, В.И. Панасенко, А.В. Пиденко, Ю.П. Радин, Б.А. Шендеров. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1978 77с.

14. Рогов И.А. Техника сверхвысокочастотного нагрева пищевых продуктов / Н.А. Рогов, C.B. Некрутман, Г.В. Лысов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.— 199с.

15. Бородин И.Ф. СВЧ энергия в сельскохозяйственных электротехнологиях / И.Ф. Бородин // Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья: Материалы шестой Всесоюзной науно-техн. конф. -М., 1989 С.95 - 98.

16. Сатаров И.К. Микроволновые устройства с бегущей волной для термообработки диэлектрических материалов / И.К. Сатаров И.К., В.В. Комаров. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000 — 136 с.

17. Архангельский Ю.С. Элементная база СВЧ электротермического оборудования / Ю.С. Архангельский, В.А. Воронкин. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. 212 с.

18. Коломейцев В.А. Микроволновые системы с равномерным нагревом / В.А. Коломейцев, В.В. Комаров., ЧЛ — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1997- 285с.

19. Нетепловые эффекты миллиметрового излучения / Сб. статей под ред. Н.Д. Девятков — М.: Институт радиотехники и электроники АН СССР, 1981.— 347с.

20. Калганова С.Г. Применение нетеплового действия СВЧ электромагнитных колебаний для модификации поликапроамидных волокон / С.Г. Калганова, М.Ю. Морозова // Электричество. 2004 — № 5. С. 44 — 46.

21. Лаврентьев В.А. Влияние СВЧ электромагнитного поля на процесс отверждения эпоксидных смол / В.А. Лаврентьев, С.Г. Калганова // Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. тр. — Красноярск: Крас. гос. техн. ун-т, 2002 С. 139 - 140.

22. Калганова С.Г. Влияние СВЧ воздействия электромагнитного поля на кинетику отверждения эпоксидных смол / С.Г. Калганова // Вестник СГТУ, 2006, № 1 (10), выпуск 1. С. 90 - 95.

23. Говарикер В.Р. Полимеры / В. Р. Гаварикер. — М.: Наука, 1990г. —123с.

24. Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров / Б.И.Сажин — Л.: изд-во «Химия», 1977. — 354с.

25. Гришина Е.М. Согласование обрабатываемого диэлектрика с рупорным излучателем камеры лучевого типа СВЧ электротермической установки / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник СГТУ, 2006, № 4 (19), выпуск 4, С. 23 27.

26. Гришина Е.М. Рабочая камера СВЧ электротехнологической установки для нетепловой модификации тканей с полимерной нитью / Е.М. Гришина, С.Г. Калганова // Вестник СГТУ 2006, № 4 (19), выпуск 4, С. 125 -130.

27. Патент 3939320 (США). СВЧ печь с решеткой специальной конструкции / / Изобретения за рубежом. —1976. — Вып. 53. — № 10.

28. A.c. 647898 (СССР). СВЧ устройство для термообработки протяженных диэлектрических материалов / Ю.С. Корьев и др. // Б.И. — 1976. — Шв.

29. A.c. 273956 (СССР). СВЧ печь для нагрева пищевых продуктов /I

30. Ю.В. Лейбин, А.И.Изотов / / Тематический указатель литературы. Сер. Электроника СВЧ. М.: ЦНИИ Электроника. - 1975. - Вып. 4 (135).

31. Патент 1493408 (Великобритания). Сверхвысокочастотная печь с равномерным распределением электрического поля // Изобретения в СССР и за рубежом. — 1978. Вып.116. — № 4.

32. Патент 1462614 (Великобритания). Сверхвысокочастотная печь // Изобретения в СССР и за рубежом. — 1977. — Вып. 53. — № 2.

33. Патент 2358092 (Франция). Устройство регулирования нагрузки линии СВЧ и промышленная печь с таким устройством И Изобретения в СССР и за рубежом. -1978. Вып. 114. - № 13.

34. Патент 52-34060 (Япония). Электронная печь // Тематический указатель литературы. Сер. Электроника СВЧ. — М.: ЦНПИ Электроника. — 1979.-Вып. 2 (251).

35. Патент 47-12596 (Япония). СВЧ нагреватель // Тематический указатель литературы. Сер. Электроника СВЧ. — М.: ЦНПИ Электроника. — 1975.-Вып. 4 (135).

36. Бацев П.В. Промышленная СВЧ печь для групповой обработки диэлектрических материалов / П.В. Бацев // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1974 —№9. —с.74-83.

37. A.c. 411553 (СССР). Устройство для СВЧ нагрева материалов / И.И. Девяткин и др. / / Б.И. 1974. - № 2.

38. Терещенко А.И. Цилиндрический открытый предельный резонатор с колебаниями основного типа /А.И. Терещенко, В Л. Мироненко / / Вопросы электронной техники. — Саратов: СПИ, 1974. — С.29-34.

39. Некрутман C.B. Аппараты СВЧ в общественном питании./ C.B. Не-крутман // —М.: Экономика, 1973.

40. A.c. 388328 (СССР). Нагревательная камера / В JL Мироненко / / Б.И. —1973. — № 28.

41. Патент 1439260 (Великобритания). Бытовое электронное оборудование для варки пищи / / Изобретения за рубежом. — 1976. — Вып. 53. — № 14.

42. Патент 51-16660 (Япония).СВЧ нагреватель // Изобретение зарубе-жом. 1976. - Вып.53. - № 18.

43. Калганова С.Г. Влияние СВЧ электромагнитных колебаний на свойства поликапроамидных нитей / С.Г. Калганова, М.Ю. Морозова // Электричество. — № 5. — С. 44-46.

44. Гришина Е.М. Рабочие камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации полимеров больших площадей / С.Г. Калганова, Ю.С. Архангельский, Е.М.Гришина // Электричество, №1. -2009. — С.60-63.

45. Гришина Е.М. Антенные излучатели камер лучевого типа СВЧ электротермических установок / Е.М. Гришина // Радиотехника и связь: Материалы четвертой международной научно-технической конференции 27-28 июня 2007г. С. 165-168.

46. Марков Г.Т. Антенны. / Г.Т. Марков, Д.М. Сазонов — М.: Энергия, 1975. -148 с.

47. Пистолькорс A.A. Антенны. / A.A. Пистолькос — Связьиздат, 1947. -321 с.

48. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства / А.З. Фрадин.— М.: Связь, 1977.-372 с.

49. Рикенглаз Л.Э. К теории нагрева диэлектриков мощными электро-магитными полями / Л.Э. Рикенглаз // И.Ф.Ж. 1971. - Т. XXVII. - № 6. -С.1061-1068.

50. Рикенглаз Л.Э. О применении метода ВКБ к расчету нагрева в электромагнитном поле диэлектриков с потерями, зависящими от температуры / Л.Э. Рикенглах, В.А. Хоминский// Ж.Т.Ф.- 1979.- Т. 49.- № 8.- С. 1767 -1768.

51. Никольский В.В.Электродинамика и распространение радиоволн /В .В. Никольский-М.: Наука, 1978. -544 с.

52. Лебедев И.В.Техника и приборы СВЧ. / И.В. Лебедев. — Т.2. — М.: Высшая школа, 1972.— 346 с.

53. Харвей А. / Техника высоких частот/ А.Харвей. — М.: Сов. Радио, 1982.-432 с.

54. Гришина Е.М. Теория расчета многофункциональной электротехнологической установки / Е.М. Гришина// Вестник СГТУ 2008 № 1(31), выпуск 2. — С.260 — 266.

55. Гришина Е.М. Влияние диэлектрической проницаемости среды, заполняющейсогласующий четвертьволновый трансформатор, на энергетие-скую эффективность камер лучевого типа/ Архангельский Ю.С., Гришина Е.М. Вестник СГТУ, 2007, № 4(29), выпуск 2. С.6 - 9.

56. Нетушш1 A.B. Высокочастотный нагрев в электрическом поле / A.B. Нетушил — М.: Высшая школа, 1961.- 432 с.

57. Богородицкий Н.П. Теория диэлектриков / НЛ. Богородицкий. — М.; JI.: Госэнергоиздат, 1965. 325 с.

58. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена / С.С. Кутателадзе. — М.: Атомиздат, 1979. — 346с.

59. Лыков A.B. Теория тепло- и массопереноса / A.B. Лыков, Ю.А. Михайлов. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 236 с.

60. Зевеке Г.В. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил; С.В. Страхов. — М.: Госэнергоиздат, 989.- 528с.

61. Schelkunoff S.A. Conversion of Maxvell's Equations into Generalized Telegraphist's / Bell. SystTechn. Jonrn. 1956.- P.995-1045.

62. Нейман. M.C. Обобщение теории цепей на волновые процессы / М.С. Нейман. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956-192с.

63. Бова Н.Т. Методы анализа устройств СВЧ / Н.Т. Бова, Ю.В. Тол-стиков. — Киев: Техника, 1976. — 103с.

64. Гришина Е.М. / Математическое моделирование процесса СВЧ электротермической обработки диэлектриков в камерах лучевого типа / Архангельский Ю.С., Гришина Е.М. // Успехи современной радиотехники 10'2008 Москва: Радиотехника, 2008. - С.27 -33.

65. Гришина Е.МУ Максимально достижимая температура в СВЧ электротермических установках / Е.М. Гришина, Ю.С. Архангельский // Успехи современной радиотехники 10'2008 — Москва: Радиотехника, 2008. — С. 180—183.

66. Гришина Е.М. / К вопросу о получении максимальной удельной поглощенной мощности в камерах лучевого типа / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник СГТУ 2007 № 4(29), выпуск 2, С. 24-27.

67. Дульнев Г.Н. /Теплообмен в радиоэлектонных аппаратах / Г.Н.Дульнев, Э.М. Семяшкин —Л.: Энергия, 1968.- 127с.

68. Свенчанский А.Д./ Электрические промышленные печи/ Свенчан-ский А. Д. — М., Энергия, 1975—382с.

69. Гришина Е.М./ Целесообразность применения гибридных СВЧ электротехнологических установок/ Е.М.Гришина// Вестник СГТУ 2007 № 4(29), выпуск 2, С. 26 29.

70. Патент на полезную модель (Р-Ф-) 86373. Комбинированная установка для СВЧ обработки различных материалов / Архангельский Ю.С., Калганова С.Г, Гришина Е.М., Лаврентьев В.А. Приоритет от 11.01.2009,.

71. Рабинович Е.З. Гидравлика / Е.З. Рабинович. — М.: Недра, 1980456 с.

72. Ботук Б.О. Гидравлика / Б.О. Ботук. — М.: Высшая школа , 1962. —564с.

73. Фролов А.Г. Основы транспорта сыпучих материалов по трубам без несущей среды / А.Г.Фролов. М.: Наука, 1966. — 347с.

74. Колесников Е.В. СВЧ установка для обработки сыпучих материалов / Е.В. Колесников // Повышение эффективности использования энергоресурсов Поволжья. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1990. — С. 171-172.

75. Малаков И.Н. Критериальное уравнение истечения сыпучих тел / И.Н. Малаков // ДАН УССР. Сер. А. Физико-математические и технические науки. 1988. - № 8. - С.32-35.

76. Колесников Е.В. Разработка теории, конструкции и исследование характеристик СВЧ электротермических установок вертикального типа / Е.В. Колесников // Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т. — 1991. —197 с.

77. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования / Офиц. Изд. М: Госстрой России, Мин. экономики Р.Ф., Мин. Финансов Р.Ф., 1994,31 марта. № 7.-12/47.

78. Гришина Е.М. Энергетическая эффективность линии передачи и рупорных излучателей СВЧ электротермических установок с рабочими камерами лучевого типа / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник СГТУ 2008 № 1(31), выпуск 2, С. 237-246.