Энергетика НВЧ в народному господарстві: застосування СВЧ-нагрева у харчовій промышленности

смотреть на реферати схожі на «Енергетика НВЧ в народному господарстві: застосування СВЧ-нагрева у харчовій промисловості «.

Державний Комітет Російської Федерации.

По Вищому Образованию.

Державна Академія Управління імені Серго Орджоникидзе.

Курсова работа.

по курсу.

Природничо-наукові основи сучасних технологий.

Кафедра техніки і технології в машиностроении.

на тему.

Енергетика НВЧ в народному хозяйстве:

Застосування НВЧ — нагріву у харчовій промышленности.

Выполнил (а): студент (ка) курсу групи факультету ЇМ МАШ.

.

Перевірив: .

Москва, 1995 год.

Задание.

на курсової проект дисциплине.

«Природничо-наукові основи сучасних технологий».

1. Студентові курсу групи .

.

2. Тема проекта.

.

.

3. У проекті привести.

.

.

.

.

4. У проекті дати расчет.

.

.

.

.

5. Плакатний матеріал два аркуша формату A1 (594×841 мм).

.

.

6. Термін здачі студентом закінченого проекта.

.

.

Руководитель курсового проекта.

.

.

Запропонована курсова робота ставить за мету дати фізичні ставлення до роботі електронних приладів НВЧ та їхньому застосуванні у різних галузях народного господарства, зокрема, у харчовій промисловості, а також розрахункові дані про хвилевим приладам, нагріванню і сушіння матеріалів з допомогою НВЧ энергии.

Якщо 40-х — 50-і роки електроніка НВЧ переважно служила потребам радіолокації та зв’язку, то останні роки вона, проте ширше застосовують у багатьох галузях господарства, прискорюючи науково-технічний прогрес, підвищуючи ефективність яких і якість производства.

Появі нових областей застосування потужної НВЧ електроніки сприяє ряд специфічних властивостей електромагнітних коливань цього діапазону частот, що дозволяють створити нездійсненні раніше технологічні процеси чи значно їх поліпшити. До них належать, наприклад: створення сверхчистой плазми із широкою інтервалом температур; можливість серійного виготовлення простих за конструкцією і зручних в експлуатації потужних генераторів НВЧ енергії, з допомогою яких можуть здійснюватися полімеризація і зміцнення різних виробів і матеріалів, в частковості шин і лакофарбових покриттів, зміцнення металів, стабілізація параметрів напівпровідників тощо.; дедалі ширше застосування отримують нагрівання і сушіння з допомогою НВЧ різних матеріалів, зокрема приготування їжі, пастеризація молока і т.п.

Ознайомити з можливостями НВЧ електроніки у сфері народного господарства — одне з головних завдань цієї роботи. Працюючи були використані матеріали книжки Ю. М. Пчельникова і У. Т. Свиридова Електроніка надвисоких частот, науково-технічних статей, опублікованих у журналах «Електронна техніка», «Радіо» і др.

Промислові діапазони електромагнітних колебаний.

Для радіоелектронних пристроїв, виділені на використання їх у в промисловості й сільське господарство (тобто. народному господарстві), виділено діапазони частот, наведені у таблиці 1.

Таблиця 1.

Промислові діапазони електромагнітних колебаний.

|f, МГц |Країни |Основні |Діапазони | | | |застосування |частот | |0,06 — 0,08 |Росія |Індукційний |НЧ | | | |нагрівання | | |13,56±0,678 |Усі країни | |ВЧ | |27,16±0,16 |Усі країни | |ВЧ | |40,68±0,02 |Усі країни | |ОВЧ | |433,92±0,87 |Австрія, ФРН, | |УВЧ | | |Португалія | | | |866 |Англія | |УВЧ | |915±25 |Усі країни, крім | |УВЧ | | |Англії, Іспанії | | | |2375±50 |Усі соціалістичні |НВЧ нагрівання |УВЧ | | |країни | | | |2450±50 |Усі країни, крім | |УВЧ | | |соціалістичних стан | | | |5800±75 |Усі країни | |НВЧ | |22 125±125 |Усі країни | |НВЧ |.

Особливості нагріву діелектриків в діапазонах УВЧ і СВЧ.

Переважна більшість випадків нагрівання яких — або фізичних тіл виробляється через передачу тепла зовні до будинку з допомогою теплопроводности.

На НВЧ при раціональному доборі частоти коливань і параметрів камер, де відбувається перетворення НВЧ енергії в теплову, можна отримати роботу щодо рівномірний виділення тепла за обсягом тіла. Ефективність перетворення електричного поля була в тепло зростає прямо пропорційно частоті коливань і квадрату напруженості електричного поля. У цьому треба сказати простоту подачі НВЧ енергії практично до кожному ділянці нагреваемого тела.

Важливе перевагу НВЧ нагріву — теплова безынерционность, тобто. можливість практично миттєвого включення і вимикання теплового на опрацьований матеріал. Звідси висока точність регулювання процесу нагріву та її воспроизводимость.

Перевагою НВЧ нагріву є й принципово високий ККД перетворення НВЧ енергії в теплову, виділювану обсягом нагреваемых тіл. Теоретичне значення цієї ККД близько до 100%. Теплові втрати у підводять трактах зазвичай невеликі, і стінки волноводов і тимчасових робочих камер залишаються практично холодними, що створює комфортні умови для обслуговуючого персонала.

Важлива перевага НВЧ нагріву є можливість здійснення і практичного застосування нових незвичайних видів нагріву, наприклад виборчого, рівномірного, надчистого, саморегулирующегося.

Виборчий нагрівання грунтується на залежності втрат надходжень у диэлектрике від довжини хвилі, тобто. залежності тангенса кута діелектричних втрат d як функції довжини хвилі l. Причому у багатокомпонентної суміші діелектриків будуть нагріватися ті частини, де високий tg d.

Рівномірний нагрівання. Зазвичай передача тепла здійснюється з допомогою конвекції, теплопровідності і випромінювання. Звідси неминучий температурний градієнт (перепад) від поверхні завглибшки матеріалу, причому тим більший, що менше теплопровідність. Зменшити або «майже усунути великий градієнт температур можна рахунок збільшення часу обробки. Багато випадках тільки завдяки традиційному повільного нагріву вдасться уникнути перегріву поверхневих верств оброблюваного матеріалу. Прикладами таких процесів є випал кераміки, отримання полімерних сполук тощо. З допомогою НВЧ енергії можна лише рівномірно нагрівати діелектрик з його обсягу, а й отримувати за бажання будь-яке заданий розподіл температур. Тому при НВЧ нагріванні відкриваються можливості багаторазового прискорення низки технологічних процессов.

Сверхчистый нагрівання. Якщо за нагріванні газовим полум’ям, ні з допомогою дугових горілок відбувається забруднення матеріалів, то НВЧ енергію можна підбивати до обрабатываемому матеріалу через захисні оболонки їх твердих діелектриків із малими втратами. Через війну забруднення практично цілком усуваються. З іншого боку, поміщаючи нагреваемый матеріал в откачанный обсяг чи інертний газ, можна усунути окислювання його поверхні. Забруднення від диэлектрика, з якого підводиться НВЧ енергія, дуже малі, т.к. у разі малих втрат навіть за пропущенні великий НВЧ потужності цей діелектрик залишається практично холодным.

Саморегулюючий нагрівання. При нагріванні з метою сушіння якість одержуваного матеріалу істотно поліпшується завдяки тому, що нагрівання висушених місць автоматично припиняється. Пояснюється це тим, що тангенс кута діелектричних втрат таких матеріалів, як, наприклад, дерево, прямо пропорційний вологості. Тому із зменшенням вологості в процесі сушіння втрати НВЧ енергії зменшуються, а нагрівання триває лише у його ділянках оброблюваного матеріалу, де він ще збереглася підвищена влажность.

Одержання НВЧ енергії великий мощности.

Щоб застосування НВЧ енергії було економічно виправдано, необхідно вибирати такі НВЧ прилади, які мали в поєднанні такі характеристики: високий ККД перетворення промислової частоти в НВЧ енергію (щонайменше 50%, а краще 70% — 90%); високий рівень вихідний потужності безупинному режимі (близько 1 кВ та більш); прості й дешеві джерела харчування (бажано живити НВЧ прилад, безпосередньо підключаючи його до вторинної обмотці силового трансформатора промислової електромережі без выпрямителей і фільтрів); простота конструкції, надійність, великий термін їхньої служби (щонайменше 2 — 5 тисяч годин); можливість ефективнішої роботи при перемінної нагрузке.

Найповніше наведеним вимогам задовольняють магнетроны, пролітні многорезонаторные клістрони і амплитроны.

Найбільшого поширення набула як джерело НВЧ енергії отримали магнетроны. Відносна простота конструкції малі розміри і високий ККД роблять найбільш придатними від використання у багатьох областях НВЧ енергетики. Досвід застосування магнетронов і дослідження їх властивостей сприяли з того що нині вже майже виключно застосовують у промислових НВЧ установках. Однак у перспективі їм може становити серйозної конкуренції пролітні многорезонаторные клістрони. На початку 70-х років завдяки оптимізації параметрів з допомогою ЕОМ був отримано ККД прогонних клистронов вище 70%. Такий ККД разом із електростатичної фокусуванням і особистою харчуванням через підвищуючий трансформатор від мережі промислової частоти дозволить замінити магнетроны у низці применений.

Амплитроны мають ККД 60% — 70%, котрий іноді 80%. Проте принципово амплитроны схожі з магнетронами і мають переважно самі недоліки: катод перебуває у просторі взаємодії, відпрацьовані електрони бомбардують волноведущую систему і т.д.

Розглянемо докладніше роботу магнетрону безперервного дії ролі джерела НВЧ енергії для промислового применения.

Застосування послідовного електромагніта. Створення магнітного поля магнетрону з допомогою електромагніта, включеного послідовний у анодний ланцюг приладу, дозволяє спростити схему харчування, понизити вартість установки, підвищити стійкість роботи магнетрону при коливаннях напруги у мережі і про зміни параметрів високочастотної навантаження (її модуля і фази). З іншого боку, застосування послідовного електромагніта відкриває можливість простий регулювання вихідний потужності досить широких пределах.

Спрощення схеми харчування досягається раціональним вибором параметрів електромагніта, у результаті магнетрон може працювати у безпосередньому включенні в послідовно з'єднаних анодної ланцюга магнетрону і обмотки електромагніта в ланцюг вторинної обмотки силового трансформатора за схемою двухполупериодного випрямлення. Якщо индуктивность електромагніта недостатня, то тут для згладжування пульсацій анодного струму додатково послідовно з електромагнітом можна включити дросель. Сумарна индуктивность повинна бути 10 — 30 Пан. Ця схема найбільш проста та зручна, як у установці працюють два магнетрону, а через обмотки електромагніта протікає злегка пульсуючий постійний анодный струм по черзі генеруючих магнетронов (рис. 1). Змінна складова анодного струму можливо, у достатньо зменшено за рахунок збільшення індуктивності дроселі і электромагнитов.

[pic].

Рис. 1. Схема безвыпрямительного харчування магнетронов з послідовними электромагнитами від мережі змінного струму промислової частоти: 1 — магнетрон; 2 — електромагніт; 3 — високовольтний трансформатор.

Працюючи двох магнетронов відкриваються нові змогу поліпшення використання НВЧ енергії. Приміром, якщо які генеруються частоти кілька відмінні друг від друга, можна отримати рівномірний розподіл щільності НВЧ енергії за обсягом, у якому відбувається той чи інший технологічний процесс.

Розглянута схема харчування використовують у НВЧ печах, розроблених вітчизняної промышленностью.

Як приклад наведемо характеристики магнетрону для промислового застосування типу M571. Його основні параметри такі: робоча частота 2375 ±50 МГц; вихідна потужність 2,5 кВт у безперервному режимі при Kстv < 1,1; анодное напруга 3,6 кВт; анодный струм 1,1 A; потужність напруження 300 Вт; магнітна індукція 0,135 T; Kстv навантаження, припустимою у будь-якій фазі, при харчуванні від стабилизированного випрямляча до 3,5.

Робітниками характеристиками магнетронов називають залежності анодного напруги Uа і вихідний потужності Pвых від анодного струму Iа. Залежність Uа=f (Iа) називають також вольт-амперной характеристикой.

Якщо порівняти робочі характеристики магнетрону М571 під час роботи з постійним магнітом і з послідовним електромагнітом при харчуванні його від випрямляча зі сглаживающим фільтром, можна зазначити таке. Застосування електромагніта дозволяє більш плавно регулювати вихідну потужність, змінюючи Uа, причому ККД h досить високим (більш 46%) за зміни Pвых від 2,5 (h = 60%) до 0,5 кВт (h = 46%).

Нагрузочными характеристиками магнетрону називають залежності Iа і Pвых від модуля і фази комплексної навантаження. Порівняння навантажувальних характеристик за ті самі умовах, у яких розглядалися робочі характеристики, показує, що «застосування послідовного електромагніта дозволило істотно зменшити зміна анодного струму і вихідний потужності за зміни фази навантаження. І це, своєю чергою, як покращує використання НВЧ енергії, а й позитивно б'є по довговічності магнетрона.

Робоча і нагрузочная характеристики при безвыпрямительном харчуванні магнетрону із застосуванням дроселі й послідовнішого електромагніта по схемою, зображеною на рис. 1, мало від характеристик магнетрону при суворо постійному анодном напряжении.

Зменшення пульсацій магнітного поля. Сучасні магнетроны мають металокерамічну конструкцію, причому стінки корпусу анодного блоку, виконані з міді, досягають за «товщиною 9 — 10 мм. Ця особливість конструкції була дуже корисною зменшення пульсацій магнітного поля була в просторі взаємодії з допомогою поверхового ефекту на частоті 100 гц, тобто. на частоті пульсацій в однофазних двухпериодных схемах випрямлення. Товщина поверхневого шару для міді на частоті 100 гц d = 6,7 мм. У цьому змінна складова магнітного поля була в просторі взаємодії H2 становитиме лише 0,2 перемінної складової магнітного поля поза корпусу анодного блоку H1(H2/H1=e[pic]@ 0,2).

Тому якщо амплітуда пульсацій анодного струму 20% середнього значення, то амплітуда пульсацій напруженості магнітного поля була в просторі взаємодії для магнетрону M571 — всього 2% — 3%. Це своє чергу, дозволяє вважати магнітне полі просторі взаємодії постійним, й підвищити вимоги до стабілізації джерел харчування до створення постійного магнітного поля можуть істотно снижены.

Порівняння електромагнітів і постійних магнітів. Сучасні конструкції електромагнітів за розміром та масі становить постійних магнітів з тими самими параметрами. Електромагніт для магнетрону M571 є малогабаритним (210×130×110 мм), його маса — близько чотирьох кг. Завдяки секционированию обмоток і наявності ребер електромагніт не вимагає примусового охолодження, оскільки теплові втрати обмоток невеликі самі собою. Витрата енергії харчування електромагніта значно перекривається поліпшенням електронного ККД магнетрону та збільшенням його НВЧ потужності. З іншого боку, під час використання електромагнітів зменшується вартість експлуатації установок. При заміні магнетрону електромагніт залишається, у те час як запакетований магнетрон замінюється разом із постійним магнитом.

Резонаторные камери для установок НВЧ нагріву диэлектриков.

Конструкція резонаторных камер має бути таким, щоб всередині них нагрівання був однаковий у частині внутрішнього обсягу, зайнятого оброблюваним діелектриком. З іншого боку, обсяг камер може бути досить великою, щоб протягом кожного циклу обробляти значне кількість матеріалу й цілком використовувати потужність НВЧ генератора. Як говорилося, для промислового застосування виділено невеликі ділянки спектра електромагнітних випромінювань, тому довільно вибирати робочу довжину хвилі не можна. Однією з найбільш зручних діапазонів для нагріву діелектриків є діапазон хвиль поблизу 12,6 див (2375 ±50 МГц).

З наведених вимог щодо пристроях НВЧ нагріву знаходять застосування резонаторные камери як прямокутних об'ємних резонаторів, лінійні розміри що у 5 — 6 разів перевищує довжину хвилі генератора. У подібному резонаторе може існувати кілька різних видів коливань (десять), у яких своє розподіл електричного і магнітного полів всередині обсягу резонатора. Такі резонатори називаються многомодовыми, тобто. у яких може одночасно бути порушено кілька видів колебаний.

Поля різних видів коливань, якщо вони порушено від однієї генератора з фіксованою довжиною хвиль, можуть у різних точках внутрішнього обсягу резонатора интерферировать, тобто. складатися і вычитаться. У результаті деяких точках може бути сильніші поля (від складання полів кількох видів коливань), а інших — слабші (внаслідок вирахування). Тому сумарне полі може істотно неравномерным.

Розміри і параметри об'ємних резонаторів можна розрахувати на ЕОМ і оптимізовані. Завдання оптимізації у тому, аби вибрати такі розміри резонатора, за яких ньому можна було б порушувати лише певні види коливань, а інтерференція з-поміж них надавала можливо більш рівномірний полі з обсягу. У цьому збуджуючі коливання устрою повинні встановлювати суворо визначені співвідношень між амплітудами тих видів коливань, що дають сумарне рівномірний поле.

Дещо інший спосіб отримання рівномірності нагріву — це застосування двох чи більше генераторів, працівників різних, але близьких частотах, або введення зміни у часі генерованою довжини хвилі у деяких можливих межах ±Dl.

Чим ближче до за шкалою довжин хвиль розташовані види коливань аналізованого многомодового резонатора, то меншу зміна довжини хвилі генератора виявляється достатнім підвищення рівномірності нагріву й отримання рівномірного електромагнітного поля була в ньому навіть за слабкої завантаженні резонатора оброблюваним диэлектриком.

Для НВЧ нагріву найбільш придатні такі многомодовые резонатори, у яких резонансні довжини хвиль різних видів коливань розташовані по шкалою довжин хвиль не згустками, а максимально рівномірно. Це виходить, коли розміри резонатора a, b і lрез порівнянні, але з рівні, тобто. коли резонатор є паралелепіпед, близька до кубу, але з куб (рис. 2).

[pic].

Рис. 2. Порушення робочої камери пристроїв нагріву діелектриків: 1 — робоча камера; 2 і трьох — прямокутні волноводы від НВЧ генераторів з робітниками довжинами хвиль l1 і l2.

Наприклад, для робочого діапазону довжин хвиль 12,6 ±0,252 див практично рівномірне спектр резонансних довжин хвиль чи резонансних частот досягається при співвідношеннях axbxlрез=52×57×58 чи 56×57×60 див. Різко нерівномірний спектр виходить при axbxlрез=58×60×60 чи 59×59×60 див і більше в кубічному резонаторе 59×59×59 див. Цікаво, що у першому випадку в смузі довжин хвиль 12,6±0,252 див є 62 виду коливань з різними резонансними частотами, у другому — 56, відповідно у третій, четвертому, п’ятому є лише 30, 33 і 15.

Якщо резонансні частоти двох або кількох видів коливань рівні між собою, то такі види коливань називаються вырожденными. У кубічному резонаторе є шестикратне виродження багатьох видів коливань, а третьому й у четвертому — двохі часом триразове виродження. Ось у цих резонаторах менше резонансних частот, порівняно з першим і друге, при одному й тому ж аналізованої смузі робочих довжин волн.

Рівень завантаження резонаторных камер. Тут слід розрізняти два випадку. Якщо резонатор повністю заповнений діелектриком з великим значенням діелектричним проникності e великими втратами, то різко падає його навантажена добротність й узгодити введення енергії, який би повну передачу НВЧ енергії від генератора в обсяг диэлектрика, щодо просто.

Складніше стан справ, якщо резонатор завантажений діелектриком слабко чи як у резонаторе є значний обсяг диэлектрика малим e (менше 2) чи дрібний обсяг диэлектрика з великим значенням e. У цьому власні види коливань резонатора різко зміщуються за частотою, а добротність резонатора тих видів коливань знижується незначно. Тому такий резонатор у першому наближенні можна розраховувати не враховуючи потерь.

Порушення робочих камер. Позаяк у промислових установках необхідно передавати їх у робочу камеру НВЧ потужність високого рівня, вимірювану кіловатами у безперервному режимі, те з багатьох типів збудливих пристроїв виявляються придатними лише, які мають достатню електричну міцність. До таких збуджуючим пристроям, наприклад, належить відкритий кінець прямокутного хвилеводу, розташований у відповідній місці стінки робочої камери (див. рис. 2).

Відкритий кінець хвилеводу поміщається там, де з необхідних видів коливань в резонаторе розташовуються пучности магнітного поля, причому напрям силових ліній магнітних полів має бути паралельним як і збудливому волноводе з хвилею H10, так робочого виду коливань в камері. Навпаки, тим видів коливань, порушення яких небажано, тут може бути вузол магнітного поля або ж силові лінії їх магнітних полів би мало бути перпендикулярні силовим лініях магнітного поля робочих видів колебаний.

На рис. 2 схематично показані робоча камера і двоє збудливих її хвилеводу. Застосовуючи два введення, можна збільшити кількість збуджуваних у заданому діапазоні видів коливань і збільшити в такий спосіб рівномірність нагріву диэлектрика.

Щоб уникнути передачі НВЧ енергії вже з входження у інший, можна застосовувати або різну їх поляризацію (вектор E в волноводе 2 перпендикулярний вектору E в волноводе 3 на рис. 2), або помістити другий введення у сфері вузлів магнітного поля тих видів коливань, які порушуються першим введенням, або застосувати обидва цих способа.

НВЧ нагрівання рухомих діелектричних стрічок і виробів круглого поперечного сечения.

Застосування НВЧ нагріву рухомих стрічок дозволяє істотно підняти продуктивність установок нагріву та у багатьох випадках значно підвищити якість своєї продукції. Так, полімеризація в НВЧ полях капронових канатів побільшує їхні міцність на розрив голосів на кілька разів. При НВЧ сушінню стеклоленты вдається понизити її кінцеву вологість до 1% і збільшити швидкість процесу до запланованих 4 — 5 м/мин. Довжина камери, у якій відбувається сушіння, становить 1 м при НВЧ потужності на вході 1,5 кВт. Сушіння НВЧ нагріванням паперової стрічки на папероробних комбінатах дозволяє збільшити швидкість протягнення стрічки через сушильную камеру з 8 до 100 м/мин.

Спочатку високочастотних установках для фіксації і сушіння кручених виробів із синтетичних волокон оброблювані вироби простягали між пластинами конденсаторов.

Головними вадами цих установок були низький ККД, складність екрануючих конструкцій і електричні пробої при вологому стані виробів. Ці недоліки можна усунути, застосувавши як основи камери сушіння і фіксації ЗС, по подовжньої осі якої протягується кручене волокно, але в кінці ЗС підключається узгоджена навантаження (рис. 3), яка служить підтримки режиму біжучому хвилі в ЗС.

[pic].

Рис. 3. Схема установки для фіксації і сушіння кручених виробів із синтетичних волокон: 1 — НВЧ генератор; 2 — камера для фіксації сушіння як замедляющей системи; 3 — узгоджена навантаження; 4 — станція для натягу і транспортування синтетичного вироби 5; 6 — груз.

Это додатково зменшує небезпека пробою порівняно з випадком, коли в ЗС було б режим стоячій хвилі. Отже, обрабатываемое виріб протягається у сфері сильного високочастотного електричного поля уповільненій біжучому вздовж ЗС хвилі і значну частину поперечного перерізу, у якого розміщено електромагнітне полі цієї хвилі. З іншого боку, завдяки уповільнення хвилі довжина камери виходить значно коротші, ніж у випадку застосування волноводов чи коаксіальних ліній. Наголосимо також на, що собі напрямок руху вироби і біжучому електромагнітної хвилі можуть збігатися (режим прямотока чи прямоточная сушарка), а можуть і протилежними (режим противотока). У режимі прямотока найбільша подводимая до сушилці НВЧ потужність посідає вологі частини оброблюваного диэлектрика, а режимі противотока — на майже сухі. Важливо також відзначити, що з проектуванні подібних сушарок необхідно враховувати як поглинання виробом НВЧ енергії, а й конвективный теплообмін з навколишнім пространством.

Забезпечення рівномірності нагріву за «товщиною. Для тонких стрічок (папери, стеклоткани тощо.) проблеми нерівномірності нагріву за «товщиною не виникає, оскільки товщина стрічок менше (зазвичай, у 200 — 500 раз) робочої довжини хвилі і нагревающее електричне НВЧ полі мало змінюється по товщині матеріалу. Інша річ для матеріалу круглого поперечного перерізу (капронові канати, сосисочный фарш тощо.), де діаметр поперечного перерізу порівняємо з робочої довжиною хвиль (скажімо, більш 0,1l), якщо диэлектрическая проникність матеріалу великою і дорівнює кількох десятків. Тоді електричне НВЧ полі, отже, і нагрівання в перетині можуть бути дуже неравномерны. Їли не домогтися рівномірності виділення тепла по перерізу, то вирівнювання температури відбуватиметься з допомогою теплопровідності і тоді, ніж перегріти області із сильним полем, доведеться знижувати потужність НВЧ нагріву і пролонгувати час обробки. У результаті переваги НВЧ нагріву може бути було зведено до нулю.

Розглянемо конкретний приклад. У перших установках для нагріву стрижнів круглого поперечного перерізу застосовувався круглий хвилевід з хвилями типу E0i, вздовж подовжньої осі якого з кварцової трубці пропускалось нагреваемое речовина (рис. 4). При великих значеннях e оброблюваного диэлектрика, рівних 20 — 50 і більше, розподіл тепла по радіусу виходить дуже нерівномірним: поблизу осі - максимум нагріву, та був з збільшенням r дедалі більше швидкий спад майже нуля, причому спад тим паче швидкий, що більше e (рис. 5).

[pic].

Рис. 4. НВЧ нагрівач для диэлектрического стрижня як круглого хвилеводу: 1 — хвилевід; 2 — нагреваемый діелектрик; 3 — кварцова трубка.

Означимо через g1= [pic] радикальну постійну області, займаній діелектриком. Тут k=2p/l — хвилеве число, а b=2p/lв — стала поширення хвилі вздовж подовжньої осі обсягом оброблюваного диэлектрика.

[pic].

Рис. 5. Розподіл потужності джерел тепла P®/P (0) в залежність від r/rд щодо різноманітних значень e1 в нагревателе, зображеному на рис. 4 (rд=1 див; R=5 див; l=12,6 см).

Теоретичний аналіз показує, що потужність джерел тепла P® в залежності g1r змінюється хвилеподібно, а переміщати максимуми і мінімуми в напрямі r можна змінюючи g1. Тож отримання рівномірного розподілу джерел по r необхідно підібрати відповідні значення g1. Як очевидно з формули для g1, при заданих значеннях e1 і k=2p/l це рівноцінно добору відповідного значення b=2p/lв=w/vф, тобто. фазової швидкості хвилі vф вздовж подовжньої осі волноведущей системы.

Нагрівання в перетині буде рівномірним, якщо перший від осі максимум функції P®=f (g1r) міститься у межах оброблюваного диэлектрика попри деякий значенні 0.