Основы моделирования СВЧ-нагрева | Блог COMSOL

Для наших вебинаров мы разработали специальный тестовый пример, наглядно и просто объясняющий эффект нагрева под действием СВЧ-излучения. В данной заметке он снова послужит нам для краткого введения и пояснения принципов моделирования микроволного нагрева.

Краткое описание процесса нагрева СВЧ-излучением

СВЧ-нагрев происходит при преобразовании энергии электромагнитного поля в тепловую энергию. Существует два принципиально различных механизма этого процесса: индукционный и диэлектрический. Индукционный механизм имеет место в материалах с высокой электропроводностью, таких как, к примеру, медь или другие металлы. Под воздействием переменного электромагнитного поля, в таких материалах, индуцируются вихревые токи и нагрев происходит за счет резистивных потерь. С другой стороны, диэлектрический механизм нагрева реализуется — как вы уже догадались — в непроводящих материалах. В переменном электромагнитном поле полярные молекулы диэлектрика стремятся переориентироваться вдоль вектора напряженности электрического поля в волне, причем делают это многократно с частотой внешнего воздействия. В условиях плотного окружения они вынуждены преодолевать сопротивление соседей, что приводит к трению, которое и вызывает нагрев.

Пример, который мы сегодня рассмотрим, включает в себя как индукционный, так и диэлектрический механизмы нагрева.

Изогнутый волновод, нагреваемый микроволновым излучением

Чтобы изменить направление микроволнового излучения, проходящего через волновод, к нему добавляют изогнутую секцию. Если изогнутую секцию разместить между двумя прямыми, прямоугольными волноводами, то общая конструкция будет выглядеть следующим образом:

Как видите, наш конкретный пример волновода включает в себя не только поворотную секцию, но и диэлектрический блок с потерями (изолятор). Такая ситуация может показаться несколько надуманной; в действительности, на выходе из волновода у вас может находиться тюнер или резонатор или что-нибудь другое. Блок диэлектрика в нашем примере, это всего лишь простейший способ демонстрации принципа моделирования микроволнового (или СВЧ) нагрева.

Основы настройки модели и обсуждение результатов

Электромагнитные волны заводятся в тракт волновода через один из торцов (в нашем случае — это наиболее удаленный от диэлектрического блока вход) от источника излучения мощностью 100 ватт. Частота излучения составляет 10 ГГц, э/м волны распространяются вдоль прямоугольного волновода, разворачиваются в поворотной секции, и вступают во взаимодействие с изолятором, прежде чем покинуть волновод через другой торец.

www.comsol.ru

Примеры применения свч нагрева для приготовления пищи

В настоящее время СВЧ печи могут найти применение не только в общественном питании (рестораны, столовые, вагоны-рестораны), но и в быту.

Приготовление мяса. Благодаря выделению тепла во всем объеме довести до готовности мясо с СВЧ печи можно всего лишь за 1 — 5 мин (в сковородке на это требуется 40 мин). Равномерное выделение тепла по объему каждого куска обеспечивает в приготовленном мясе отсутствие непроваренных или непрожаренных мест. Кроме того, при столь быстром подогреве не происходит выпаривание соков, поэтому вкусовые качества получаются более высокими, чем при обычных способах готовки.

Размораживание мяса, фруктов и овощей. Замороженные продукты приобретают все большую популярность. Однако перед употреблением их необходимо разморозить, что требует длительного времени. После медленного размораживания их качество заметно ниже, чем у свежих продуктов. Чтобы представить выигрыш во времени при использовании СВЧ печей для размораживания, можно привести следующие данные по традиционным способам размораживания. Время оттаивания куска мяса массы 1,3 кг в холодильнике (мясо переложено из морозильной камеры в пространство с плюсовой температурой, близкой к нулю) 24 ч; при комнатной температуре

10 — 12 ч; при использовании вентилятора — 5 — 6 ч; в печи при 72°C или в проточной воде в водонепроницаемой упаковке 3 — 4 ч.

С помощью СВЧ нагрева разморозить фрукты и овощи можно за 1 — 3 мин. Это дает не только экономию времени, но и настолько увеличивает качество размороженных овощей и фруктов, что они почти не отличаются от свежих.

Глубина проникания СВЧ поля в замороженное мясо увеличивается с 2,85 см при —1,1°C до 68,7 см при —51°C на частоте 1000 МГц и с 1,5 см при 1,1°C до 42,3 см при —51°C

на частоте 3000 МГц. Хотя разница здесь не столь велика, все же считается, что более глубокий прогрев удается обеспечить на более низких частотах, т.е. при рабочей частоте вблизи 1000 МГц, особенно если размеры обрабатываемого продукта превышают 5 см по толщине.

Торговые автоматы. Широкое распространение в торговле получили автоматы для продажи, например, газированной воды и газет, находят применение на почтах и в гостиницах автоматы по продаже конвертов и открыток и т.д.

Одной из главных целей применения автоматики в торговле является возможность покупки товаров в любое время суток. Для непортящихся товаров, таких, как газированная вода, сигареты, газеты и пр., эта задача технически решена. Иное дело — автоматы для продажи скоропортящихся продуктов и тем более таких, которые желательно принимать в пищу в горячем виде. С применением СВЧ появилась возможность для проектирования и изготовления подобных автоматов. Потребности в таких автоматах, безусловно, есть: например, на вокзале можно было бы в любое время через несколько минут получить стакан горячего молока, кусок горячей отварной или жареной курицы.

Принцип торгового автомата для продажи холодный и нескоропортящихся пищевых продуктов известен и применяется в закусочных-автоматах: после опускания жетона или монеты заранее приготовленная порция продукта подается потребителю. При использовании СВЧ техники для создания автоматов по продаже горячих продуктов эта обычная схема должна быть дополнена двумя устройствами: холодильником для хранения продуктов и СВЧ печью, куда после опускания монеты или жетона должны подаваться порции продуктов и где за

1 — 3 мин производится не только их оттаивание, но и нагрев до необходимой температуры. Далее — обычная выдача порции потребителю. Холодильник и СВЧ печь — это уже хорошо отработанные элементы, так что теперь дело за конструкторами и технологами подобных автоматов.

Значительно более простыми могут быть торговые автоматы, которые выдают замороженные порции продуктов, а покупатель перед употреблением в пищу сам разогревает их в СВЧ печах, установленных в том же зале закусочной-автомата.

В описанных применениях СВЧ печей реализуются преимущества централизованного приготовления продуктов питания, при котором более эффективно используется квалифицированный персонал, широко применяются механизация и автоматизация трудоемких процессов.

Питание в больницах. Пищеблоки крупных больниц обычно расположены в отдельных помещениях, и пока оттуда питание доставляется к постели больного, пища становится если не холодной, то чуть теплой. СВЧ печи позволяют преодолеть этот недостаток. Быстрый разогрев блюд можно вести вблизи каждой палаты. Особенно это важно в инфекционных отделениях больниц, где каждую порцию можно разогревать на бумажных тарелочках однократного использования.

Весьма перспективной представляется организация питания, при которой в больницах пища не готовится, а поступает со специализированных предприятий на склад больницы в виде замороженных или охлажденных порций, откуда персонал, обслуживающий больных питанием, их получает и разогревает в СВЧ печах непосредственно перед подачей больному. Подсчитано, что при такой организации экономится 18% средств на питание. А это означает, что на 18% можно увеличить расходы на продукты при одних и тех же ассигнованиях на питание.

СВЧ печи в быту. В последнее время, особенно в новых жилых домах вместо газа для приготовления пищи используется электричество. При этом снижается загрязнение воздуха, полностью устраняется опасность взрывов, но электрические плиты сравнительно медленно разогреваются и довольно долго остывают после выключения.

Следующий шаг по применению электричества в быту — широкое внедрение СВЧ печей. В последние годы ведущие фирмы США и Японии наладили массовый (с 1975 г. свыше 1 млн. шт. в год) выпуск бытовых плит, предназначенных для квартир и коттеджей. Они представляют собой комбинацию обычной трех-четырехкомфорочной электроплиты с СВЧ печью. СВЧ печь может быть расположена как духовка под электроплитой или же над ней в виде шкафчика.

При широком использовании СВЧ печей в быту получает быстрое развитие и индустрия приготовления замороженных порционных блюд, специально предназначенных для быстрого оттаивания и разогрева в СВЧ печах. Так что в недалеком будущем хозяйки будут покупать порционные замороженные блюда, хранить их в морозильных камерах своих холодильниках и подавать к столу в размороженном и разогретом в СВЧ печах виде через считанные минуты после извлечения из холодильника.

Рецепт: фаршированная лопатка ягненка.

Из мяса лопатки ягненка, фаршированного ароматной начинкой из бекона и грибов, легко получается несколько порций.

25 гр. сливочного масла;

1 средняя луковица, очищенная и мелко нарезанная;

100 гр. бекона с прожилками, без шкурки и мелко порубленного;

100 гр. грибов, порезанных;

100 гр. свежих хлебных крошек;

1 яйцо, взбитое;

соль и перец;

лопатка ягненка (барашка) с удаленной костью;

желе из красной смородины;

На 4 — 6 порций.

1. Растопите масло, 30 сек., добавьте лук, бекон и грибы и готовьте до мягкости — около 3 — 5 (7) мин.

2. Высыпьте и размешайте хлебные крошки, приправы и яйцо.

3. Разложите (разверните) мясо лопатки и распределите по нему начинку.

4. Скатайте мясо в сверток округлой формы и перетяните бечевкой.

5. Взвесьте и рассчитайте время приготовления.

6. Уложите на решетку для жарения и накройте бумажным полотенцем или разорванным мешочком для жарения.

7. Готовьте в режиме HIGH (или на 100% P.) 1 — 2 (3) мин. на каждые 450 гр. веса.

8. Уменьшите мощность и готовьте в режиме MEDIUM/HIGH (или на 70% P.) половину оставшегося времени или установите заранее автоматический режим переключения мощности со 100% на 70% через заданное время.

9. Переверните мясо, нанесите желе из красной смородины и продолжайте готовить ненакрытым.

10. Свободно оберните фольгой и дайте отстояться из расчета 5 мин. на каждые 450 гр. веса.

11. Используйте сок, который стек в противень под решеткой для негустой подливы.

При готовке соблюдайте технику безопасности. Приятного аппетита!

studfile.net

Свч нагрев движущихся диэлектрических лент и изделий круглого поперечного сечения

Применение СВЧ нагрева движущихся лент позволяет существенно поднять производительность установок нагрева и во многих случаях значительно улучшить качество выпускаемой продукции. Так, полимеризация в СВЧ полях капроновых канатов увеличивает их прочность на разрыв в несколько раз. При СВЧ сушке стеклоленты удается понизить ее конечную влажность до 1% и увеличить скорость процесса до 4 — 5 м/мин. Длина камеры, в которой происходит сушка, составляет 1 м при СВЧ мощности на входе 1,5 кВт. Сушка СВЧ нагревом бумажной ленты на бумагоделательных комбинатах позволяет увеличить скорость протягивания ленты через сушильную камеру с 8 до 100 м/мин.

Первоначально в высокочастотных установках для фиксации и сушки крученых изделий из синтетических волокон обрабатываемые изделия протягивали между пластинами конденсаторов.

Главными недостатками этих установок являлись низкий КПД, сложность экранирующих конструкций и электрические пробои при влажном состоянии изделий. Эти недостатки можно устранить, применив в качестве основы камеры сушки и фиксации ЗС, по продольной оси которой протягивается крученое волокно, а на конце ЗС подключается согласованная нагрузка (рис. 3), которая служит для поддержания режима бегущей волны в ЗС.

Рис. 3. Схема установки для фиксации и сушки крученых изделий из синтетических волокон:

1 — СВЧ генератор; 2 — камера для фиксации сушки в виде замедляющей системы; 3 — согласованная нагрузка; 4 — станция для натяжения и транспортирования синтетического изделия 5; 6 — груз.

Это дополнительно уменьшает опасность пробоя по сравнению со случаем, когда в ЗС был бы режим стоячей волны. Таким образом, обрабатываемое изделие протягивается в области сильного высокочастотного электрического поля замедленной бегущей вдоль ЗС волны и занимает значительную часть поперечного сечения, в пределах которого расположено электромагнитное поле этой волны. Кроме того, благодаря замедлению волны длина камеры получается существенно меньше, чем в случае применения волноводов или коаксиальных линий. Отметим также, что направление движения изделия и бегущей электромагнитной волны могут совпадать (режим прямотока или прямоточная сушилка), а могут быть и противоположными (режим противотока). В режиме прямотока наибольшая подводимая к сушилке СВЧ мощность приходится на влажные части обрабатываемого диэлектрика, а в режиме противотока — на почти сухие. Важно еще отметить, что при проектировании подобных сушилок необходимо учитывать не только поглощение изделием СВЧ энергии, но и конвективный теплообмен с окружающим пространством.

Обеспечение равномерности нагрева по толщине. Для тонких лент (бумаги, стеклоткани и т.п.) проблемы неравномерности нагрева по толщине не возникает, поскольку толщина лент меньше (обычно в 200 — 500 раз) рабочей длины волны и нагревающее электрическое СВЧ поле практически не меняется по толщине материала. Иное дело для материала круглого поперечного сечения (капроновые канаты, сосисочный фарш и пр.), где диаметр поперечного сечения соизмерим с рабочей длиной волны (скажем, более 0,1l), особенно если диэлектрическая проницаемость материала велика и равна нескольким десяткам. Тогда электрическое СВЧ поле, а следовательно, и нагрев по сечению могут быть крайне неравномерны. Ели не добиться равномерности выделения тепла по сечению, то выравнивание температуры будет происходить за счет теплопроводности и тогда, чтобы не перегреть области с сильным полем, придется снижать мощность СВЧ нагрева и удлинять время обработки. В результате преимущества СВЧ нагрева могут быть сведены к нулю.

Рассмотрим конкретный пример. В первых установках для нагрева стержней круглого поперечного сечения применялся круглый волновод с волнами типа E0i, вдоль продольной оси которого по кварцевой трубке пропускалось нагреваемое вещество (рис. 4). При больших значениях e обрабатываемого диэлектрика, равных 20 — 50 и более, распределение тепла по радиусу получается очень неравномерным: вблизи оси — максимум нагрева, а затем с увеличением r все более быстрый спад почти до нуля, причем спад тем более быстрый, чем больше e (рис. 5).

Рис. 4. СВЧ нагреватель для диэлектрического стержня в виде круглого волновода:

1 — волновод; 2 — нагреваемый диэлектрик; 3 — кварцевая трубка.

Обозначим через g1= радикальную постоянную для области, занимаемой диэлектриком. Здесьk=2p/l — волновое число, а b=2p/lв — постоянная распространения волны вдоль продольной оси в объеме обрабатываемого диэлектрика.

Рис. 5. Распределение мощности источников тепла P(r)/P(0) в зависимости от r/rд для различных значений e1 в нагревателе, изображенном на рис. 4 (rд=1 см; R=5 см; l=12,6 см).

Теоретический анализ показывает, что мощность источников тепла P(r) в зависимости g1r изменяется волнообразно, а перемещать максимумы и минимумы по направлению r можно изменяя g1. Поэтому для получения равномерного распределения источников по r необходимо подобрать соответствующие значения g1. Как видно из формулы для g1, при заданных значениях e1 и k=2p/l это равноценно подбору соответствующего значения b=2p/lв=w/vф, т.е. фазовой скорости волны vф вдоль продольной оси волноведущей системы.

Нагрев по сечению будет равномерным, если первый от оси максимум функции P(r)=f(g1r) располагается в пределах обрабатываемого диэлектрика при некотором значении 0<r0<rд, а минимум этой функции, в отличие от графиков, приведенных на рис. 5, будет расположен вне диэлектрика т.е. при r0>rд. Соответствующие расчеты показывают, что наименьшее отклонение функции P(r)=f(g1r) от равномерной имеет место при r0/rд=0,5 и не превышает ±7% своего значения на оси.

Для конкретного случая: rд=1 см; e1=35; l=12,6 см; т.е. k=2p/l=0,5 1/см (e1=35 соответствует диэлектрической постоянной обрабатываемого материала, который при термообработке на СВЧ требует равномерного распределения температуры по радиусу). Постоянная распространения волны b получается по расчету равной 1,56 1/см и lв=2p/b=4 см, т.е. длина волны в волноводе получилась меньше длины волны в свободном пространстве l=12,6 см. Это значит, что для получения равномерного нагрева по радиусу следует применить замедляющую систему осесимметричного типа с замедлением, равным 2 — 3 . Это сравнительно небольшое замедление характерно для ЗС типа цепочки связанных резонаторов или диафрагмированного волновода. Именно такая ЗС и применяется в установке для термообработки, например сосисочного фарша, схематически показанной на рис. 6.

Рис. 6. Схема СВЧ нагревателя для термообработки сосисочного фарша:

1 — ЗС типа «диафрагмированный волновод»; 2 — кварцевая трубка, заполненная фаршем; 3 — коаксиально-волноводный переход; 4 — дрехдецибельный мост для деления мощности СВЧ генератора пополам; 5 — короткозамыкающие поршни в прямоугольном волноводе; 6 — согласующие секции диафрагмированного волновода.

Теперь, когда известны диаметр диэлектрика 2r0 и его диэлектрическая проницаемость e1, рабочая длина волны l и замедление m, при котором имеет место равномерное распределение тепловых источников по поперечному сечению, и тип ЗС, необходимо так подобрать ее геометрические размеры, чтобы, кроме требуемого значения m (т.е. b), дисперсия вблизи рабочей длины волны была как можно меньше. Тогда легче добиться согласования ЗС с прямоугольным волноводом по которому подается СВЧ энергия. Увеличивается также полоса частот, в которой замедление постоянно и становятся в менее жесткими допуски на размеры конструктивных элементов ЗС.

Одно и тоже замедление, но при разной крутизне дисперсионной характеристики при рабочей длине волны, можно получить при разных сочетаниях размеров b и c (см. рис. 6). Наименьшая дисперсия получается при b=1,35 см и c=4,3 см.

Отметим интересные конструктивные особенности установки, приведенной на рис. 6. Во-первых, СВЧ энергия от генератора разветвляется на две равные части в трехдецибельном волноводном мосте и подается с обоих концов ЗС типа цепочки связанных резонаторов (диафрагмированного волновода) навстречу друг другу через коаксиально-волноводные переходы. В этом случае получается более «мягкий» нагрев обрабатываемого материала, а генератор предохраняется от отражений в периоды отсутствия сырья. Длина рабочей части ЗС выбрана такой, чтобы встречные волны при заполнении центральной части ЗС фаршем, т.е. диэлектриком с большими потерями, затухали немного дальше середины волновода. Диаметр d выбирают таким, чтобы в пределах этого отрезка коаксиальной линии не было высших типов волн, а могла распространяться только волна типа ТЕМ. Согласование прямоугольного волновода с ЗС осуществляется экспериментально путем подбора положения короткозамыкающих поршней диаметра внешнего проводника первой секции ЗС и формы утолщения центрального проводника в коаксиально-волноводном переходе.

Сравнительные измерения показали, что при применении ЗС типа цепочки связанных резонаторов перепад температуры составляет 6°C (от

64°C на оси до 70°C при r=rд), а в круглом волноводе 37°C (от 68°C на оси до 31°C у стенки кварцевой трубки).

studfile.net

Микроволновая сушка и стерилизация продуктов в промышленных микроволновых установках

Одним из новых и перспективных направлений использования микроволновой энергии является сушка продуктов и материалов. Отметим некоторые особенности микроволновой сушки и ее преимущества перед другими методами. Главное отличие от традиционных способов сушки заключается в объемности нагрева. Тепло проникает в продукт не с поверхности, а образуется сразу во всем объеме. Более того, поскольку поверхность продукта подвержена охлаждению, за счет испарения, температура внутри продукта всегда несколько выше, чем на поверхности. Это приводит к тому, что влага стремится выйти из внутренних областей на поверхность. Этому способствует и давление пара внутри продукта.

Микроволновое, или иначе сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение, представляет собой электромагнитные волны с частотой колебаний от 300 МГц до 30 ГГц, что соответствует длине волны от 1 м до 1 мм. По своей физической природе микроволны подобны другим видам электромагнитного излучения, таким как: радиоволны, видимый свет, инфракрасное (тепловое), ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Различие заключается только в частоте колебаний электромагнитного поля, однако этот параметр, в основном, и определяет внешние свойства электромагнитного излучения. По шкале частот микроволны расположены между радиоволнами и тепловым излучением, поэтому их свойства представляют нечто промежуточное между этими видами излучения. Например, от радиоволн микроволны унаследовали большую глубину проникновения в материал, чем у инфракрасного излучения. В то же время, преобразование электромагнитной энергии в тепло при микроволновом излучении гораздо эффективнее, чем при использовании радиоволн.

До недавнего времени широкое использование микроволн в повседневной жизни сдерживалось высокой стоимостью изделий микроволновой техники. Успехи в технике и технологии последних лет позволили преодолеть это препятствие. В настоящее время микроволны используются во многих сферах деятельности человека. В качестве примера можно привести микроволновые печи, сотовые телефоны, системы спутникового телевидения и т.д. Причем, качественные характеристики изделий микроволновой техники постоянно улучшаются, а их стоимость снижается. Не менее широко микроволны используются и в промышленном производстве, в особенности там, где технология требует объемного нагрева или сушки обрабатываемого материала.

Рассмотрим, более подробно, за счет чего происходит нагрев в СВЧ поле. Прежде всего заметим, что нагреву подвержены, в основном, полярные диэлектрики, типичным представителем которых является вода. Полярная молекула в электрическом поле стремится выстроиться таким образом, чтобы вектор диполя был противоположен вектору внешнего поля, т.е. ведет себя подобно стрелке компаса при воздействии на него магнитным полем. Поскольку направление внешнего поля меняется с очень высокой частотой, полярная молекула совершает огромное количество поворотов за короткое время. При этом она постоянно сталкивается с соседними колеблющимися молекулами, в результате чего кинетическая энергия движения молекул в диэлектрике, а соответственно и его температура возрастают. На неполярные диэлектрики электромагнитное поле действует слабо, причем это воздействие, как правило, обусловлено наличием примеси.

Еще одной важной особенностью микроволновой сушки является ее высокая эффективность. Необходимо заметить, что независимо от способа сушки, для испарения каждой молекулы воды требуется затратить строго определенную энергию. Величина этой энергии достаточно велика, поэтому искусственная сушка продуктов процесс весьма энергоемкий. Можно выделить три основных возможности для повышения эффективности сушильных установок независимо от конструкции и способа сушки:

• Снижение непроизводительных затрат энергии.
• Использование методов обезвоживания продукта, минуя процесс сушки.
• Рекуперация (возврат) энергии.

Использование микроволновой энергии позволяет в полной мере реализовать эти возможности. Рассмотрим каждую из них более подробно. По сравнению с другими способами микроволновая сушка обладает тем преимуществом, что у нее отсутствует передачи тепла от нагревателя. Например, при использовании конвекционной сушки, сначала, с помощью какого-либо нагревателя, требуется нагреть воздух, затем передать тепло от нагретого воздуха продукту. На каждом из этапов: нагрев воздуха, его транспортировка, передача тепла продукту, происходят неизбежные потери тепла. При микроволновой сушке источником тепла является сам продукт, поэтому указанные выше потери отсутствуют. Фактически вся энергия, вырабатываемая микроволновым генератором, поглощается в продукте. Поскольку к.п.д. магнетронных генераторов достаточно высок (до 85%), то можно считать, что около 80% потребляемой электроэнергии уходит на микроволновое испарение влаги. В сушильных установках, производимых производственной компанией «Ингредиент», оставшиеся 20% также не теряются бесследно. Энергия, не преобразованная в СВЧ излучение, выделяется на магнетронах в виде тепла, откуда с помощью воздуховодов направляется на продукт, осуществляя его дополнительную конвекционную сушку.

Как уже отмечалось, микроволновый нагрев имеет объемный характер. Более того, температура внутри продукта даже несколько выше, чем на поверхности. Поэтому, при сушке, образование пара происходит во всем объеме продукта. Возникающее при этом внутреннее давление производит частичное выдавливание влаги. При высокой влажности продукта (более 80%) за счет указанного эффекта может быть удалена значительная часть влаги (до 30%). Поскольку выдавленную влагу не требуется испарять, обезвоживание за счет выдавливания происходит практически без затрат энергии, что значительно повышает эффективность сушки. Попутно заметим, что выдавленная влага сама по себе является полезным продуктом и может быть реализована как товар.

Молекулы пара, вылетающие из продукта, уносят с собой большое количество энергии, затраченной на их испарение.

В сушильных установках серии «Муссон» эта энергия утилизируется и затем используется для конвективной досушки продукта. Это позволяет примерно на 20% повысить производительность установки без дополнительных затрат энергии. На частоте 2.45 ГГц (рабочая частота магнетрона) электромагнитное поле проникает внутрь продукта на несколько сантиметров со всех сторон. Это позволяет сушить целиком продукты с поперечным сечением до 10 см. При традиционных способах сушки требуется мелкая нарезка продукта, укладка его тонким слоем и периодическое ворошение, поскольку поверхность продукта высыхает быстрее и через некоторое время на ней образуется корка, препятствующая дальнейшему выходу влаги.

Использование микроволн позволяет производить сушку продукта в вакууме. Полезность такого сочетания обусловлена тем, что температура насыщенных паров, а соответственно, и температура кипения воды зависят от давления, как это показано на рис.1.

Для качественной сушки пищевых продуктов их температура не должна превышать 70°С. Лекарственные травы и коренья сушатся при еще более низкой температуре (40°С и ниже). При таких условиях в продукте сохраняется большинство витаминов, а лекарственные растения не теряют своих лечебных свойств. Когда требуется высушивать большое количество продукта за относительно короткий период, необходимо повышать интенсивность сушки. Для этого существует только один способ: подогрев с принудительной вентиляцией. В обычных условиях мощность, затрачиваемая на эти цели, ограничена опасностью перегрева продукта.

Однако, при наличии соответствующего вакуума интенсивность сушки практически ничем не ограничена, так как при снижении давления снижается и температура насыщенных паров. Например, если обеспечить давление, при котором происходит процесс сушки, на уровне 104 Па (около 0.1 атм), то вода в продукте начнет закипать и испаряться уже при температуре 45°.С. Причем, пока в продукте будет присутствовать влага, его температура не превысит температуру кипения, а подводимая мощность будет расходоваться не на нагрев продукта, а на испарение влаги т.е. на сушку.

Сочетание микроволн и вакуума позволяет обеспечить высокое качество продукта и еще по одной причине. Поскольку процесс сушки происходит очень быстро и без доступа кислорода не происходит окисления продукта, поэтому внешний вид сушеных продуктов практически не отличается от свежих. Особенно наглядно это проявляется при сушке грибов, в частности, таких как подосиновик или подберезовик. Ни один другой способ сушки не позволяет сохранить естественный цвет ножки и мякоти у этих грибов.

Известно, что поглощение микроволновой энергии веществом пропорционально величине диэлектрической проницаемости материала и тангенсу угла диэлектрических потерь. В этом смысле вода, содержащаяся в продукте и которую требуется испарить, обладает уникально высокими параметрами. Ее диэлектрическая проницаемость равна 81, в то время как у сухого продукта эта величина не превышает 3. Диэлектрические потери в воде также значительно выше. В результате, при микроволновом нагреве, наиболее сильное поглощение энергии происходит в местах с максимальной влажностью. Это явление приводит к автоматическому выравниванию влажности продукта по всему объему и, в итоге, к равномерно высушенному конечному продукту.

Стерилизация в СВЧ

Кроме всего, микроволновое излучение обладает стерилизующим действием в отношении стафилококков, кишечных палочек и других микроорганизмов. Причина этого эффекта заключается в том, что температура внутри продукта возрастает очень быстро, при одновременном диэлектрическом нагреве протеинов микроорганизмов. Происходит, так называемый, «тепловой удар», уничтожающий микроорганизмы. В качестве иллюстрации на рис.2 показано сравнение стерилизующего воздействия обычного и микроволнового нагрева на возбудителей сенной лихорадки.

www.ingredient.su

Диэлектрический нагрев — это… Что такое Диэлектрический нагрев?

Диэлектрический нагрев — метод нагрева диэлектрических материалов переменным во времени электрическим полем. Если поле изменяется со сверхвысокой (СВЧ) частотой (в диапазоне 0,4 — 10 ГГц), то это СВЧ нагрев, если с частотой в диапазоне 10 — 100 кГц, то — ТВЧ нагрев (нагрев токами высокой частоты). ТВЧ нагрев диэлектриков проводят в конденсаторах, а СВЧ нагрев — в волноводах и объемных резонаторах. Т.к. глубина проникновения электромагнитного поля в диэлектрическую среду определяется частотой (чем выше частота, тем меньше глубина проникновения и наоборот), то на ТВЧ как правило глубина прогрева значительно больше, чем на СВЧ. Отличительной особенностью диэлектрического нагрева от нагрева кондуктивного (от греющей стенки) или конвективного (горячим потоком теплоносителя, воздухом например) является объемное тепловыделение в нагреваемой диэлектрической среде. Диэлектрический нагрев — объемный нагрев,однако не обязательно однородный. Если толщина прогреваемого слоя меньше глубины проникновения, то тепловыделение более однородно. При глубине проникновения меньшей, чем толщина прогреваемого слоя (что обычно характерно для СВЧ энергоподвода), то объемный нагрев не является однородным. Прогревается только слой, в который проникает электромагнитное поле. Более глубокие слои остаются непрогретыми.

Описание метода

Диэлектрический нагрев проводится следующим образом. Заготовка из диэлектрического материала (древесина, пластик, керамика) помещается между обкладками конденсатора. На конденсатор от специального мощного генератора подается напряжение высокой частоты (от 5 МГц и выше). Переменное электрическое поле между обкладками конденсатора вызывает поляризацию диэлектрика и появление тока смещения, который разогревает заготовку.

Преимущества

• Чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т.п.

• Высокая скорость разогрева.

• Выделение тепла идет во всем объеме заготовки, что важно для диэлектриков, обладающих плохой теплопроводностью.

Недостатки

• Сложность оборудования обычно более высока по сравнению с оборудованием для других методов нагрева. Ремонт и настройка требует квалифицированного персонала.

• Необходима электроэнергия, отсутствующая в полевых условиях.

Применение

• Сушка керамики, древесины (в т.ч. для производства музыкальных инструментов).

• Сварка пластмасс.

• Сушка клеевых швов.

• Разогрев почвы перед землеройными работами.

• Разогрев и приготовление пищи.

Установки диэлектрического нагрева

По сравнению с индукционным нагревом, применяемом для разогрева электропроводящих материалов переменным током частотой не более 30 МГц, диэлектрический нагрев проводится на более высоких частотах. В качестве генераторов применяются либо электронные генераторы на лампах (до 300 МГц), либо магнетроны (выше 300 МГц).

На полупроводниках установки диэлектрического нагрева не строятся, так как мощные транзисторы, работающие на высоких частотах, пока не разработаны.

В качестве обкладок конденсатора иногда применяют толстую фольгу, которую расстилают над и под заготовками.

См. также

Индукционный нагрев

Литература

• Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников, 2 изд., М. — Л., 1959.
• Высокочастотная электротермия. Справочник, М. — Л., 1965.
• Брицын Н. Л. Нагрев в электрическом поле высокой частоты, 3 изд., М. — Л., 1965.
• Бурак Я. И., Огирко И. В. Оптимальный нагрев цилиндрической оболочки с зависящими от температуры характеристиками материала // Мат. методы и физ.-мех. поля. — 1977. — Вып. 5. — С.26-30

dic.academic.ru

нагрев+токами+свч — со всех языков на русский

• 821 твистрон

  Англо-русский словарь технических терминов > твистрон

• 822 труба дрейфа

  Англо-русский словарь технических терминов > труба дрейфа

• 823 burning

  Пережог.

  1) Постоянное разрушение металла или сплава при нагреве, близком к температуре плавления в окислительной среде. См. также overheating — Перегрев.

  2) Образование при непрерывном отжиге сильно обезуглероженного и крупнозернистого поверхностного слоя, что является результатом длительного времени нагрева при чрезмерно высокой температуре.

  3) В шлифовке — нагрев детали до такой степени, при которой происходит изменение цвета или изменение микроструктуры, отпуск или закалка.

  4) В скользящих контактах — окисление поверхности благодаря локальному нагреву в окисляющейся окружающей среде.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > burning

• 824 calcination

  Прокаливание.

  Нагрев руд, концентратов, выпавшего осадка с целью разложения карбонатов, гидратов или других смесей.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > calcination

• 825 concurrent heating

  Одновременный нагрев.

  Дополнительный нагрев структуры в процессе сварки или операции резки.

  Англо-русский металлургический словарь > concurrent heating

• 826 coreless induction furnace

  Бесстержневая индукционная печь.

  Электроиндукционная печь для плавления или выдержки расплавленного металла, в которой используется индукционный нагрев.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > coreless induction furnace

• 827 differential heating

  Дифференциальный нагрев.

  Нагрев, который специально создает термический градиент в изделии с тем, чтобы после охлаждения, получить желаемое распределение напряжений или различие в свойствах.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > differential heating

• 828 eddy-current testing

  Испытание токами Фуко.

  Электромагнитный неразрушающий метод контроля, в котором поток токов Фуко инициируется в испытываемых объектах. Изменения в потоке определяют изменения в предмете, которые отражают близлежащий виток или витки и обнаруживаются и измеряются соответствующей аппаратурой.

  Англо-русский металлургический словарь > eddy-current testing

• 829 electroslag welding

  Электрошлаковая сварка.

  Процесс сварки плавлением, в котором нагрев при сварке производится пропусканием электрического тока через расплавленный проводящий шлак (флюс), содержащийся в шлаковой ванне, образованной охлаждаемыми водой преградами, которые соединяют промежуток между свариваемыми элементами. Нагретый сопротивлением шлак не только расплавляет электроды присадочного металла, поскольку они находятся в слое шлака, но также и обеспечивает защиту для массивной сварной ванны, характерной для этого процесса.

  Англо-русский металлургический словарь > electroslag welding

• 830 fagot

  Пакет.

  В ковке — нагрев, проковка и сварка отдельных прутков с получением одной заготовки.

  Англо-русский металлургический словарь > fagot

• 831 flame annealing

  Пламенный отжиг.

  Отжиг, при котором нагрев осуществляется непосредственно пламенем.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > flame annealing

• 832 flashing

  Вспышка.

  В стыковой сварке оплавлением — нагрев деталей за цикл, состоящий из ряда быстро повторяющихся локализованных коротких вспышек, сопровождаемых расплавлением металла и его вытеснением, в течение которого свариваемые поверхности перемещаются навстречу друг к другу с заданной скоростью.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > flashing

• 833 fused spray deposit

  Нанесение покрытия распылением расплава.

  Самофлюсующееся распыленное покрытие, которое нанесено стандартным тепловым распылением, а для последующего сплавления используется нагрев горелкой или в печи. Покрытия обычно сделаны из никеля и сплавов кобальта, к которым могут быть добавлены жесткие частицы типа карбида вольфрама для увеличенного сопротивления износу.

  Англо-русский металлургический словарь > fused spray deposit

• 834 heat treatment

  Термообработка. Нагрев и охлаждение твердого металла или сплава таким образом, чтобы получить желаемое состояние и свойства. Нагрев для последующей вытяжки или выдавливания к термообработке не относится.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > heat treatment

• 835 induction heating

  Индукционный нагрев.

  Нагрев за счет совместного действия электрического сопротивления и потерь гистерезиса, вызванных при наложении на металл изменяющегося магнитного поля окружающей его катушки переменного тока.

  Англо-русский металлургический словарь > induction heating

• 836 normalizing

  Нормализация.

  Нагрев железного сплава до заданной температуры выше температуры превращения и затем охлаждение на воздухе.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > normalizing

• 837 open heart furnace

  Печь с открытым подом.

  Отражающаяся плавильная печь с мелким подом с низким сводом. Пламя проходит над шихтой, вызывая ее нагрев, как прямым пламенем, так и излучением от свода и боковых стен печи.

  Англо-русский металлургический словарь > open heart furnace

• 838 overheating

  Перегрев.

  Нагрев металла или сплава до такой высокой температуры, что его свойства ухудшаются. Когда первоначальные свойства не могут быть восстановлены дальнейшей термообработкой, механической обработкой или их комбинацией, перегрев называется Burning — Пережогом.

  Англо-русский металлургический словарь > overheating

• 839 postheating

  Послесварочный отжиг.

  Нагрев сварного шва немедленно после сварки для снятия напряжений или для обеспечения управляемой скорости охлаждения, чтобы предотвратить образование твердой или хрупкой структуры.

  * * *

  Англо-русский металлургический словарь > postheating

• 840 preheating

  Подогрев.

  1) Нагрев перед термической или механической обработкой. Для инструментальной стали, нагрев до промежуточной температуры непосредственно перед заключительной аустенитизацией. Для некоторых цветных сплавов нагрев до высокой температуры в течение длительного времени для того, чтобы гомогенизировать структуру перед обработкой.

  2) При сварке и связанных с ней процессов, быстрый нагрев до промежуточной температуры непосредственно перед сваркой, пайкой твердым припоем, резкой или термическим распылением.

  3) В порошковой металлургии — начальная стадия процесса спекания, когда в печи непрерывного действия смазочный материал или связующее вещество выжигают в свободной атмосфере перед собственно спеканием, которое производится в защитной среде в камере, нагретой до высокой температуры.

  * * *

  • 1) предварительный нагрев; 2) прогрев

  Англо-русский металлургический словарь > preheating

См. также в других словарях:

• нагрев токами сверхвысокой частоты — СВЧ нагрев — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы СВЧ нагрев EN microwave heating …   Справочник технического переводчика

• Диэлектрический нагрев — метод нагрева диэлектрических материалов переменным во времени электрическим полем. Если поле изменяется со сверхвысокой (СВЧ) частотой (в диапазоне 0,4 10 ГГц), то это СВЧ нагрев, если с частотой в диапазоне 10 100 кГц, то ТВЧ нагрев (нагрев… …   Википедия

• Микроволновая печь — СВЧ печь Микроволновая печь или СВЧ печь (устаревшее ударение микроволновая[1])  элект …   Википедия

• ПЛАЗМЕННАЯ — ЭЛЕКТРОНИКА раздел физики плазмы, изучающий коллективные взаимодействия плотных потоков(пучков) заряж. частпц с плазмой и газом, приводящие к возбуждению в системелинейных и нелинейных эл. магн. волн и колебаний, и использование эффектовтакого… …   Физическая энциклопедия

translate.academic.ru

Свч нагреватель жидкости

 

Изобретение относится к области техники СВЧ и предназначено для нагрева (пастеризации, стерилизации) жидкостей (воды, молока, соков, пива, вина, паст и т.д.), а так же может быть использованы как оконечная нагрузка или постоянный аттенюатор в системах с генераторами СВЧ непрерывной мощностью до 75 кВт. СВЧ нагреватель жидкости содержит отрезок прямоугольного волновода 1 сечением AxB, где A — широка и B — узкая стенки волновода, внутри которого расположены две трубки 3, 4 для циркуляции жидкости, выполненные из диэлектрика с низкими потерями с внутренним диаметром D = (0,140,03)A на расстоянии друг от друга, равном 0,367 , — длина волны в свободном пространстве, диэлектрические трубки установлены в отрезке прямоугольного волновода под углом 452^o к его широким стенкам и их оси лежат в плоскости, проходящей через ось отрезка прямоугольного волновода параллельно его узким стенкам и в отрезке прямоугольного волновода вдоль его оси симметрично на одной из широких стенок установлен П-образный выступ 2 шириной равной 0,3A, и составляет с отрезком прямоугольного волновода входной переход 2.1 с волновода прямоугольного сечения AxB на волновод П-образного сечения, отрезок П-образного волновода с переменной высотой П-образного выступа 2.2 и выходной переход 2.3 с волновода П-образного сечения на прямоугольный волновод сечением AxB; во входном переходе 2.1 на длине 0,68 высота выступа линейно увеличивается от 0 до 0,67 B; в выходном переходе 2.3 на длине 0,49 высота выступа линейно уменьшается от 0,57B до 0; отрезок П-образного волновода 2.2 содержит семь участков: первый участок 2.2.1 длиной 0,8D с высотой выступа 0,67 B, второй участок 2.2.2 — 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67B на выступ высотой 0,57B; третий участок 2.2.3 длиной 0,2 с высотой выступа 0,57 B, четвертый участок 2.2.4 — линейный переход на длине 0,1 с выступа высотой 0,57 B на выступ с высотой 0,67B; пятый участок 2.2.5 длиной 0,8D с высотой выступа 0,67B; шестой участок 2.2.6 — 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67B на выступ высотой 0,57B и седьмой участок 2.2.7 длиной 0,1 с высотой выступа 0,57B; оси первой и второй диэлектрических трубок находятся в плоскости второго и шестого участков 45^o линейного перехода соответственно. Значение КСВН нагревателя при отсутствии жидкости в трубках и с согласованной нагрузкой на выходе не более 1,2. Затухание СВЧ мощности в нагревателе при нагреве воды не менее 20 дБ, для получения большого значения затухания конструкция пастеризатора позволяет соединять последовательно несколько нагревателей. 1 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ, может быть использовано для нагрева жидкости с темпом нагрева до 350^o/с или как поглощающая нагрузка или постоянный аттенюатор для генераторов с непрерывной мощностью до 75 кВт.

Известна нагрузка, поглощающая СВЧ-колебания большой мощности [1] Данная нагрузка состоит из отрезка волновода прямого или уголкового, в котором находятся согласующий слой и поглощающая жидкость. К недостаткам этого типа нагрузок можно отнести изменения значения КСВН от температуры нагреваемой жидкости, значительные габариты и невозможность получить большого темпа нагрева жидкости. Известны короткие водяные нагрузки для волноводов [2] Нагрузка представляет собой короткозамкнутый отрезок волновода, в котором перпендикулярно широким стенкам волновода установлены 17 фторопластовых трубок. Вода, поступающая на вход первой трубки, проходит поочередно через все трубки. Для обеспечения равномерного поглощения СВЧ-мощности трубки расположены относительно продольной оси волновода в соответствии с законом распределения (1-cos)², расстояние между соседними трубками равно /4. Внутри каждой трубки помещен стандартный мощный резистор концентрической формы с сопротивление 400-500 Ом для компенсации низкого тангенса угла потерь воды и увеличения мощности рассеивания. К недостаткам данных нагрузок можно отнести значительные габариты (длина до 1,8 м), применение дополнительных резисторов, невозможность получения больших темпов нагрева жидкости и изменение согласования нагрузки с генератором СВЧ в зависимости от температуры жидкости. Известна нагрузка с водяным охлаждением [3] В нагрузке поглощающая секция выполнена на короткозамкнутом отрезке металлического цилиндра, диаметр которого равен наружному диаметру нижнего проводника, подводящей коаксиальной линии. В короткозамкнутый торец вставлены два штуцера для ввода и вывода охлаждающей воды. Внутри цилиндра коаксиально с ним расположен полый диэлектрический стержень, по оси которого смонтирован спиральный проводник, причем диаметр спирали плавно увеличивается от входа поглощающей секции к выходу. В стенках стержня ближе к входному концу нагрузки сделаны отверстия для прохода воды внутрь цилиндра. На входе нагрузки размещена шайба крепления внутреннего проводника, осуществляющая трансформацию сопротивления подводящей линии к сопротивлению нагрузки. К недостаткам данной нагрузки можно отнести невозможность получения большого темпа нагрева жидкости и конструктивная сложность. Наиболее близким к изобретению является волновод, предназначенный для поглощения СВЧ-энергии [4] Волновод, предназначенный для поглощения СВЧ-энергии, представляет собой отрезок прямоугольного волновода, внутри которого расположена наклонно к его продольной оси и к его широким стенкам трубка, выполненная из диэлектрика с низкими потерями и обеспечивающая циркуляцию жидкости, эффективно поглощающей СВЧ-энергию. Трубка входит в прямоугольный волновод и выходит из него через отверстия в узких стенках волновода, причем входное и выходное отверстия благодаря наклону трубки относительно продольной оси волновода оказываются смещенными одно относительно другого вдоль волновода на /4. Для увеличения эффективности поглощения СВЧ-энергии трубке придается синусоидальная форма, так что внутри волновода располагается несколько параллельных отрезков трубки, смещенных одна относительно другой вдоль оси волновода на /4. Недостатком данной конструкции нагрузки является невозможность получения больших темпов нагрева жидкости и значительные размеры. Целью изобретения является увеличение темпа нагрева жидкости до 350^o/с и уменьшение размеров. Указанная цель достигается тем, что в СВЧ-нагревателе жидкости, содержащим отрезок прямоугольного волновода сечением AxB, где A широкая и B узкая стенки волновода, внутри которого расположены трубки, выполненные из диэлектрика с низкими потерями и предназначенные для циркуляции жидкости, в нагревателе установлены две диэлектрические трубки c внутренним диаметром D (0,140,03)A на расстоянии друг от друга, равном 0,367 , где l длина волны в свободном пространстве, трубки установлены в отрезке прямоугольного волновода под углом 452^o к его широким стенкам и их оси лежат в плоскости, проходящей через ось волновода параллельно его узким стенкам, и в отрезке прямоугольного волновода вдоль его оси симметрично на одной из широких стенок установлен П-образный выступ шириной, равной 0,3A, и составляет с отрезком прямоугольного волновода входной переход с волновода прямоугольного сечения AxB на волновод П-образного сечения, отрезок П-образного волновода с переменной высотой П-образного выступа и выходной переход с волновода П-образного сечения на прямоугольный волновод сечением AxB: во входном переходе на длине 0,68 высота выступа линейно увеличивается от 0 до 0,67 B; в выходном переходе на длине 0,49 высота выступа линейно уменьшается от 0,57 B до 0; отрезок П-образного волновода содержит семь участков: первый участок длиной 0,8 D с высотой выступа 0,67 B, второй участок 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67 B на выступ высотой 0,57 B; третий участок длиной 0,2 высотой выступа 0,57 B, четвертый участок линейный переход на длине 0,1 с выступа высотой 0,57 B на выступ с высотой 0,67 B; пятый участок длиной 0,8 D с высотой выступа 0,67 B; шестой участок 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67 B на выступ высотой 0,57 B и седьмой участок длиной 0,1 с высотой выступа 0,57 B; оси первой и второй диэлектрических трубок находятся в плоскости второго и шестого участков 45^o линейного перехода соответственно. Существенные признаки, отличающие заявляемый СВЧ- нагреватель от прототипа, не поддаются самостоятельной квалификации, так как не отделимы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в СВЧ- нагреватель, окончательно определены экспериментально и позволяют построить СВЧ-нагреватель небольших размеров (длина 1,8 ) с темпом нагрева до 350^o/с, затуханием не менее 30 дБ при нагреве воды и воздействием на обрабатываемую жидкость высоким уровнем плотности потока СВЧ до 1000 Вт/см. На чертеже приведен эскиз предлагаемого СВЧ-нагревателя. Указанные на чертеже размеры и их взаимное расположение окончательно определены на макетах заявленного СВЧ- нагревателя. СВЧ-нагреватель состоит из отрезка прямоугольного волновода 1, в котором расположены выступ 2 и диэлектрические трубки 3, 4. Отрезок волновода имеет сечение AxB (A = 0,671 и = 0,317 ) и длину 1,8 , с обоих концов волновод имеет стандартные фланцы. Выступ 2 имеет ширину 0,3 A и образует в волноводе выходной переход 2.1 с волновода прямоугольного сечения AxB на волновод П-образного сечения, П-образный волновод 2.2 с переменной высотой и выходной переход 2.3 с волновода П-образного сечения на прямоугольный волновод сечением AxB. Выходной переход 2.1 имеет длину 0,68 и высота выступа в нем увеличивается от 0 до 0,67 B; П-образный волновод 2.2 состоит из семи участков: первый участок 2.2.1 имеет длину 0,8 D и высоту выступа 0,67 B, второй участок 2.2.2 45^o линейный переход с выступа высотой 0,65 B на выступ высотой 0,57 B; третий участок 2.2.3 имеет длину 0,2 и высоту выступа 0,57 B; четвертый участок 2.2.4 линейный переход на длине 0,1 с выступа высотой 0,57 B на выступ высотой 0,67 B; пятый участок 2.2.5 имеет длину 0,8 D и высоту выступа 0,67 B; шестой участок 2.2.6 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67 B на выступ высотой 0,57 B; седьмой участок 2.2.7 имеет длину 0,1 и высоту выступа 0,57 B; выходной переход 2.3 имеет длину 0,49 и высота выступа в нем линейно меняется от 0,57 B до 0. Первая и вторая диэлектрические трубки 3, 4 с внутренним диаметром D 0,14 A входят в отрезок волновода 1 под углом 45^o к его широким стенкам в плоскости, проходящей через ось волновода параллельно его узким стенкам, так что ось первой трубки 3 находится в плоскости 45^o линейного перехода второго участка 2.2.2 П-образного волновода 2.2, а ось второй трубки 4 находится в плоскости 45^o линейного перехода шестого участка 2.2.6 П-образного волновода 2.2. На внешней стороне широких стенок волновода установлен соединитель 5. Диэлектрические трубки выполняются из кварцевого стекла или фторопласта. В зависимости от использования СВЧ-нагревателя к выходу подключаются или необходимые СВЧ-элементы, или заглушка. СВЧ- нагреватель работает следующим образом. На вход нагревателя подаются СВЧ-колебания мощностью до 75 кВт, а через диэлектрические трубки, включенные последовательно, пускается нагреваемая жидкость, в волноводе в диэлектрических трубках жидкость поглощает СВЧ- энергию и нагревается до заданной температуры, температура нагрева жидкости определяется скоростью ее прохождения по диэлектрическим трубкам и мощностью СВЧ-генератора. Макеты заявляемого устройства экспериментально исследованы с генератором СВЧ мощностью 50 кВт и частотой 915 МГц. Макеты заявляемого устройства имеют значения КСВН менее 1,25, и темп нагрева 350^o/с и затухания при нагреве в качестве жидкости молока не менее 20 дБ. По сравнению с прототипом предлагаемый СВЧ-нагреватель обладает улучшенными техническими и экономическими показателями: а) значительно большим темпом нагрева жидкости, который определяет новый уровень технологической обработки жидких материалов; б) устранением изменения согласования нагревателя СВЧ с генератором при запуске, т.е. начале нагрева; в) меньшими массогабаритными характеристиками; г) более простой технологией изготовления.

Формула изобретения

СВЧ нагреватель жидкости, содержащий отрезок прямоугольного волновода сечением АхВ, где А широкая и В узкая стенки волновода, внутри которого расположены трубки, выполненные из диэлектрика с низкими потерями и предназначенные для циркуляции жидкости, отличающийся тем, что в нагревателе установлены две диэлектрические трубки с внутренним диаметром D (0,14 0,03)А на расстоянии друг от друга, равном 0,367, — длина волны в свободном пространстве, диэлектрические трубки установлены в отрезке прямоугольного волновода под уголом (45 2)^o к его широким стенкам и их оси лежат в плоскости, проходящей через ось отрезка прямоугольного волновода параллельно его узким стенкам, и в отрезке прямоугольного волновода вдоль его оси симметрично на одной из широких стенок установлен П-образный выступ шириной 0,3А и составляет с отрезком прямоугольного волновода входной переход с волновода прямоугольного сечения АхВ на волновод П-образного сечения, отрезок П-образного волновода с переменной высотой П-образного выступа и выходной переход с волновода П-образного сечения на прямоугольный волновод сечением АхВ: во входном переходе на длине 0,68 высота выступа линейно увеличивается от 0 до 0,67 В; в выходном переходе на длине 0,49 высота выступа линейно уменьшается от 0,57 В до 0, отрезок П-образного волновода содержит семь участков: первый участок длиной 0,8 D с высотой выступа 0,67 В, второй участок 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67 В на выступ высотой 0,57 В, третий участок длиной 0,2 с высотой выступа 0,57 В, четвертый участок — линейный переход на длине 0,1 с выступа высотой 0,57 В на выступ с высотой 0,67 В, пятый участок длиной 0,8 D с высотой выступа 0,67 В; шестой участок — 45^o линейный переход с выступа высотой 0,67 В на выступ высотой 0,57 В и седьмой участок длиной 0,1 с высотой выступа 0,57; оси первой и второй диэлектрических трубок находятся в плоскости второго и шестого участков 45^o линейного перехода соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1

findpatent.ru

No related posts.