Физические особенности СВЧ нагрева в технологических установках сушки древесины

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

н
I-
УДК 621. 372. 674. 047
Рассмотрены вопросы, связанные с возможностью использования микроволновой энергии электромагнитного поля для быстрой и экономичной сушки древесины, используя промышленные CВЧ — генераторы. Разработанные и описанные в статье методы и алгоритмы могут быть использованы для создания современных высокоэффективных сушильных камер и позволяют получать реальные доходы посредством значительного ускорения процесса сушки древесины при существенном снижении энергоёмкости установок
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВЧ НАГРЕВА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ
М.А. Омаров
Доктор технических наук, професор, преподаватель* Контактный тел.: (057) 702−1 1−13 Е-mail: tavr@kture. kharkov. ua
Р.И. Цехмистро
Кандидат физико-математических наук, доцент, преподаватель*
Контактный тел.: (057) 702−1 1−13 Е-mail: tavr@kture. kharkov. ua *Кафедра технологии и автоматизации производства радиоэлектронных и электронно-вычислительных средств Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61 166
И. С. Хатн юк
Студент V курса Факультет Электронные аппараты Контактный тел.: (057) 702−1 1−13 Е-mail: tavr@kture. kharkov. ua Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр. Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61 166
1. Введение
Традиционные методы теплового воздействия на древесину в процессе ее нагрева, сушки, дезинсекции в значительной мере исчерпали свои возможности и уже не могут радикально улучшить технологию обработки лесоматериалов. В связи с этим одним из наиболее перспективных направлений в этой области является использование микроволновой энергии электромагнитного поля.
2. Некоторые особенности сушки пиломатериалов в существующих СВЧ — камерах
Автоматизация процесса сушки — необходимое условие улучшения технологии сушки и работы сушильных камер, эффективное средство увеличения производительности сушильных установок и улучшения качество древесины. За рубежом высокочастотный (диэлектрический) нагрев применяют в различных отраслях промышленности [1−3].
Широкое применение нашли сушильные камеры конвективного типа. Они наиболее просты в конструктивном исполнении и менее энергоёмкие. Однако следует отметить ряд недостатков таких камер, как сложность в регулировании температурного режима, и скорости движения сушильного элемента. Необходимо следить, чтобы дерево не пересыхало (не было
резкого перепада древесины по сечению), иначе могут появиться трещины и коробление.
В диэлектрических сушильных камерах существует ряд преимуществ: лёгкость управления нагревом, практически мгновенный подвод энергии ко всему нагреваемому объекту равномерно. Но при СВЧ сушке расход электроэнергии на 1 м³ высушиваемых условных пиломатериалов составляет 450−600 кВт. ч/м3: до 10% - на нагрев древесины и влаги в ней- до 60% - на испарение влаги- 20% - на покрытие всех тепловых потерь, и только 10% - на полезный температурный перепад, ускоряющий продвижение влаги. Вследствие этого диэлектрический метод целесообразно применять только в сочетании с каким либо другим методом.
Вакуумная сушка проводится при пониженном давлении. При вакуумной сушке древесина помещается в вакуумную камеру предварительно нагретой. Поэтому одновременно действуют все движущие силы влагопереноса: градиенты влажности, температуры, избыточного давления. В результате интенсивного испарения влаги поверхность древесины быстро охлаждается до температуры окружающей среды в камере, поэтому сушка резко замедляется. Таким образом, материал при вакуумной сушке необходимо постоянно нагревать. Отсюда вытекает необходимость комбинирования вакуумной сушки с другим способом нагрева.
Особенности микроволновой сушки:
— высокий расход электроенергии-
— сложность оборудования-
— сокращение продолжительности сушки в 7−10 раз по сравнению с конвективной-
— высокое качество-
— сушка трудносохнущих пород древесины и материалов большого сечения до влажности 22−26%
Современная компьютерная техника позволяет детально анализировать пространственное распределение мощности электромагнитного поля необходимого для САПР нагревательных элементов высокочастотных сушек. В качестве излучателей микроволновой энергии часто используются волноводно-щелевые антенные решетки. При проектировании должны учитываться возможности появления градиентов электромагнитного поля в рабочей области, что приводит к неравномерности нагрева и нарушению качества продукции. Для обеспечения этого учета необходимо учитывать особенность ближнего поля излучателей и их взаимное влияние.
3. Учёт влияния эффектов ближней зоны при построении микроволновых сушильных камер
Рассмотрим подробнее в плане постановки задачи учет особенностей ближней зоны [4]. Из-за малых расстояний между излучателями решетки и точками наблюдения последние могут находиться как в ближней, так и в дальней зоне непосредственно каждого излучателя.
С другой стороны, точки наблюдения находятся также в ближней зоне решетки излучателей. Таким образом, необходимо учитывать оба проявления особенностей ближней зоны — и одиночного излучателя, и решетки, в частности, при разработке алгоритмов расчетов распределения мощности в микроволновых
технологических установках. Характеристики электромагнитного поля в ближней зоне зависят от вида излучателей. В случае линейных излучателей амплитуда поля быстро убывает при увеличении расстояния до точки наблюдения. В случае же волноводных излучателей, в ближней зоне формируется прожекторный луч, который имеет достаточно большую протяженность. Поэтому учет особенностей ближней зоны приводит к качественно отличающимся результатам в случаях использования линейных и апертурных излучателей.
4. Анализ физических закономерностей формирования распределения мощности вблизи решеток излучателей в виде диполей Герца.
Из всех изученных в настоящее время излучателей наиболее близкое к строгому решение получено для диполя Герца. Действительно, в этом случае решение, полученное в виде явных аналитических зависимостей, есть асимптотически строгое при уменьшении размеров излучателя либо при увеличении длины волны. В случае же апертурных излучателей аналогичного строгого решения в настоящее время нет. Поэтому ограничимся рассмотрением задачи, которая состоит в анализе физических закономерностей формирования распределения мощности вблизи решеток излучателей в виде диполей Герца. Это позволяет учесть особенности ближней зоны не только решетки излучателей, но и каждого излучателя в отдельности.
Рассмотрим далее линейную эквидистантную решетку N диполей Герца. Введем декартову систему координат. Проведем анализ пространственного распределения мощности излучения диполя Герца и решетки диполей на малых расстояниях с учетом изменения разности фаз между Е и Н компонентами поля и с учетом взаимодействия между элементами решетки. Суммарные компоненты поперечных составляющих полей Е и Н в каждой точке наблюдения находим согласно принципу суперпозиции:
N/2 N/2
Нф= X Нпф — Ее= I Е"е — (1)
п=- N/2 п=-^2
для четного числа излучателей,
(N-0/2 & lt-Ч-1)/2
Е0 = Е0 + 2 Епе — Не = Но + I Нпе «(2)
п=^+1)/2
п=(№ 1)/2
для нечетного числа излучателей, где: п — номер излучателя, N — число излучателей, расположенных вдоль выбранной произвольно оси [3,4].
Мощность излучения решетки находим по теореме Пойнтинга.
Полное автоматизированное проектирование микроволновых устройств невозможно без учета особенностей полей ближней зоны и электродинамического влияния излучателей в плоских двумерных волновод-но-щелевых решетках.
Последнее заключается в решении системы линейных уравнений:
N2 N1 (3)
?? Un1n2Ym1m2, n1n2 = Ет1т2 V —
п2=1п1=1
где: Ym1m2, n1n2 — внешние проводимости щелей, Ет1т2 — внутренняя магнитодвижущая сила, приложенная к
т-ой щели, ип1п2- искомое распределение комплексных амплитуд напряжений в решетке. Распределение поля в линейной волноводно-щелевой решетке определяется как:
E (0) =? f (e)Unexp (ikz°nsin (6))
(4)
где f (8) — диаграмма направленности единичной щели, к — волновое число, z0n — координата центра п-ой щели.
Рассмотрим более подробно влияние особенностей ближней зоны, связанных с отличием фазовой скорости распространения электромагнитной волны от скорости света, на пространственное распределение мощности излучения используя модель щелевого излучателя в виде диполя Герца.
Рассмотрение результатов расчетов характеристик полей в ближней зоне решеток диполей Герца показало, что учет взаимного влияния между излучателями в ряде случаев не оказывает существенного влияния на распределение мощности электромагнитного поля решетки излучателей.
Анализ распределения мощности электромагнитного поля, представленный в виде линий равного уровня показал, что особенности ближней зоны оказывают значительное большее влияние на расчетное распределение мощности вблизи малоэлементных решеток диполей Герца, нежели учет взаимного влияния.
Аналогично распределению мощности излучения вблизи одиночного диполя Герца исключение из анализа фазовых особенностей приводит к завышению относительного уровня мощности по мере приближения к решетке.
Сравнения информации показало, что исключение особенностей ближнего поля приводит к еще большему отличию расчетного распределения мощности излучения решетки по сравнению с амплитудными особенностями ближнего поля. Общий вывод, заключается в том, что исключение из рассмотрения взаимного влияния и особенностей ближней зоны приводит к завышенным значениям мощности излучения вблизи решетки и значительным ошибкам в определении как величины, так и пространственного положения максимумов и минимумов мощности излучения не только на малых, но и на значительных расстояниях от решетки.
5. Исследование влияния расстояния между излучателями на пространственное распределение мощности электромагнитного поля вблизи эквидистантной решетки с разным числом излучателей
Исследуем далее влияние расстояния между излучателями на пространственное распределение мощности электромагнитного поля вблизи эквидистантной решетки с разным числом излучателей. В расчетах, предполагалось, что (N=5, d=0,1X) и (N=5, d= X), расстояние между излучателями — d изменялось от 0,1 до
1 длины волн, а число излучателей изменялось от пяти (N=5) и более.
Основные обнаруженные закономерности влияния расстояния между излучателями состоят в том, что чем меньше расстояние между излучателями, тем более равномерно распределение микроволновой мощ-
ности вблизи решетки. При этом уменьшаются размеры области с минимальной мощностью поля между соседними излучателями.
Обнаружено также, что расстояние между излучателями влияет на пространственное распределение области максимального уровня мощности поля.
Этот алгоритм дает возможность обеспечить компьютерный анализ пространственного распределения мощности, а также последующий синтез антенных решеток любого типа с любым заданным распределением мощности в рабочей области.
Разработанный алгоритм позволяет анализировать возможности обеспечения равномерного распределения мощности электромагнитного поля неэквидистантных решеток излучателей на малом расстоянии от них, поскольку эквидистантным расположением излучателей не удается достичь требуемого распределения мощности.
В численном эксперименте длина эквидистантной и неэквидистантной решеток предполагалась одинаковой.
Сравнения результатов показало, что смещение излучателей к середине решетки увеличивает мощность в направлении, перпендикулярном к середине решетки, а смещение их к краям приводит к увеличению областей равного уровня мощности в продольных параллельных решетке сечениях.
6. Выводы
Отметим, что разработанные алгоритмы, методы и программы позволяют обеспечить компьютерный анализ пространственного распределения мощности излучения и последующий конструктивный синтез решетки с любым распределением мощности в определенной области вблизи антенной решетки.
Проведенные по разработанным компьютерным программам расчеты позволяют детально анализировать физические закономерности формирования пространственного распределения поля вблизи решетки при изменении числа излучателей, их расположения и расстояния между ними. Следовательно они дают возможность исследовать изменение конфигурации рабочей области технологических установок СВЧ на основе таких решеток.
Это подтвердил анализ пространственные распределения линий равного уровня мощности 7-элементной равноамплитудной синфазной эквидистантной решетки сравнения поля в решетках длиною 1,5Х, 3Х, при расстояниях между излучателями — d, равных 0,25Х ^реш=1,5Х) и 0,5Х ^реш=3Х) соответственно.
Расчеты для меньших и больших расстояний также подтверждают возможности изменения пространственного распределения мощности поля вблизи решеток.
Разработанные программы учитывают влияние смещения излучателей от эквидистантного положения на характер распределения мощности излучения решетки в пространстве.
Эти же компьютерные программы позволяют оптимизировать распределение деление мощности в рабочей области технологических установок СВЧ.
°=1
Литература
1. Торговников Г. И. Использование электромагнитного поля СВЧ для обработки древесины и древесных материалов. М.: ВНИ-
ПИЭИлеспром, 1979. 32с.
2. Фельдман Н. Я. // Некоторые вопросы сушки древесины в микроволновом поле. Деревообрабатывающая промышленность.
1996. 6. C 4−7.
3. Корнеев С. В. // Некоторые особенности сушки пиломатериалов в СВЧ-камерах. Деревообратывающая промышленность
1998.6. С 7−9.
4. Gorobets N. N, Tsekhmistro R.I. Effect of the Near Field on the Electromagnetic Power Distribution in Annular Antenna Arrays //
Telecommunkations and Radio Engineering. — 1999- Vol. 53, № 4−5. p. 71−75.
¦a q
В данной статье представлены предварительные теоретические результаты по разработке автоматической коробки передач для колесного транспортного средства. Целью данного проекта является улучшение значения параметра экономии топлива при работе в режиме использования гидротрансформатора. Реализацию мероприятий по снижению потребления топлива планируется осуществить за счет модернизации гидротрансформатора (далее ГТР) с одновременным проектированием коробки передач
¦Q О
УДК 62−585. 2
К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ ЭКОНОМИЧНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
В.М. Соловьев
Аспирант
Кафедра «Гидравлические машины» Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61 002 Контактный тел:8 0572 707-66-46
В.А. Кошман
Ведущий конструктор Казенное предприятие «Харьковское конструкторское бюро по машиностроению им.
А.А. Морозова»
ул. Плехановская, 126, г. Харьков, Украина, 61 001 Контактный тел:8 0572 757-41-45
1. Введение
При анализе существующего состояния в области потребления энергетических носителей и перманентного роста цены за баррель нефти на мировом рынке, население развитых стран все чаще делает выбор в пользу более экономичных транспортных средств, одновременно внося посильный вклад в сохранение экологии окружающей среды.
Рассмотрим период эксплуатации транспортного средства от ввода в эксплуатацию до списания. Оче-
видно, что большую часть времени такая машина проводит в условиях активного использования своих транспортных ресурсов.
Авторами данной статьи разрабатывается базовая модель расчета и проектирования автоматической коробки передач, имеющей сниженные показатели расхода топлива при полном сохранении основных транспортных и эксплуатационных показателей машины в целом.
Аналогичные изыскания в данном направлении проведены в [1].

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой