Диэлектрический нагрев

Отчет по практике

Перед тем как перейти к основной части данной темы, дадим определение тому, 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. Так как 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 двух других, физически возможных способов нагрева — кондуктивного (от греющей стенки) или конвективного (горячим потоком теплоносителя, воздухом, например) является объемность тепловыделения в нагреваемой диэлектрической среде. Диэлектрический нагрев — объемный нагрев, однако не обязательно однородный. Если глубина проникновения больше толщины прогреваемого слоя, что обычно характерно для ТВЧ нагрева, 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.

Кроме того, если прогреваемый объект своими размерами превышает длину волны поля в среде нагреваемого объекта, то в нём, в силу волнового характера поля, возникает картина стоячих волн, что тоже приводит к неоднородности нагрева.

ОСОБЕННОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

— Диэлектрический нагрев селективен: удельная объемная мощность, а, следовательно, и температура каждого компонента неоднородного материала различна. Эту особенность в сельском хозяйстве используют, например, при дезинсекции зерна и замаривании шелкопряда.

— При диэлектрической сушке теплота выделяется внутри материала, а, следовательно, температура в центре выше, чем на периферии. Влага внутри материала перемещается от влажного слоя к сухому и от горячего к холодному. Так, при конвективной сушке температура внутри материала ниже, чем на периферии, и поток влаги, обусловленный температурным градиентом, препятствует перемещению влаги к поверхности. Это значительно снижает КПД конвективной сушки. При диэлектрической же сушке потоки влаги, обусловленные разностью температур и влагосодержанием, совпадают.

17 стр., 8479 слов

Автоматизация процесса нагрева металла в печах сопротивления

... техпроцесса нагрева металла в печах 1. Время нагрева стальных заготовок в нагревательных печах до заданной температуры (или скорости нагрева) ... условиях для человека. Постоянное расширение сферы автоматизации является одной из главных особенностей промышленности ... или огнеупорных материалов. Печь имеет рабочее пространство, где происходит нагрев заготовок. Рабочее пространство печи устроено так, ...

— . При нагреве и сушке в электрическом поле высокой частоты уменьшается фактор потерь, а, следовательно, и мощность теплового потока. Чтобы поддержать мощность на необходимом уровне, следует изменять частоту или напряжение, подводимое к конденсатору.

— Теплота выделяется в самом нагреваемом материале, что позволяет в десятки и сотни раз ускорить нагрев (по сравнению с конвективным).

Это особенно заметно для материалов с малой теплопроводностью (дерева, зерна, пластмасс и др.).

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Преимущества:

  • Чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т. п.
  • Высокая скорость разогрева.
  • Выделение тепла идет во всем объёме заготовки, что важно для диэлектриков, обладающих плохой теплопроводностью.
  • При диэлектрической же сушке потоки влаги, обусловленные разностью температур и влагосодержанием, совпадают. Это позволяет увеличить КПД данного метода в сравнении с конвекционным.

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.
  • Высокая стоимость оборудования.

ПРИМЕНЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Диэлектрический нагрев применяют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства:

  • Сушка керамики, древесины (в том числе для производства музыкальных инструментов).

  • Сварка пластмасс.
  • Сушка клеевых швов.
  • Разогрев почвы перед землеройными работами.
  • Разогрев и приготовление пищи.
  • Нагрев диэлектриков и полупроводниковых материалов при получении синтетических материалов из пресс-порошков.
  • Сушка и дезинсекция различных продуктов сельского хозяйства
  • Пастеризация молока

и т.д.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Применение электрического тока, проходящего через диэлектрики и полупроводники в переменном электрическом поле, является основой диэлектрического нагрева. Ему присущи следующие преимущества перед другими способами нагрева: большая скорость и равномерность нагрева, высокая производительность процесса. Диэлектрический нагрев является наиболее эффективным ? при его осуществлении вся энергия вносится в массу нагреваемого материала.

Высокочастотный нагрев позволяет повысить качество продукции, ускорить технологические процессы и получить при массовом производстве большую экономию, несмотря на высокую стоимость применяемых установок.

Частицы диэлектрика, помещенного в электрическое поле, испытывают на себе механическое воздействие, смещающее положительно заряженные частицы в одну сторону, а отрицательно заряженные — в другую. Тогда центры электрического действия положительных и отрицательных частиц не совпадают, и во внешнем пространстве такая молекула ведет себя как диполь, т. е. как система двух равных, но противоположных зарядов +q и —q , смещенных друг относительно друга на расстояние l (рис. 1, а ).

17 стр., 8347 слов

Обслуживание и ремонт электрических двигателей (ремонт синхронного двигателя)

... технические условия ремонта и обслуживания электрических машин (синхронного двигателя); 5. Определить меры по технике безопасности при ремонте электрических машин. При подготовке дипломной работы использовалась литература ... поля замыкаются по магнитопроводу машины и практически не выходят за пределы ее активных частей. Участки магнитопровода, в которых поток переменный, для уменьшения потерь на ...

Такой диэлектрик, имеющий ориентированные в одном направлении диполи, называют поляризованным .

Произведение заряда частицы на смещение l называют электрическим моментом диполя (Кл·м): m = ql . Последний связан с напряженностью электрического поля Е соотношением

т = бЕ ,

где б ? мера упругой деформации молекулы или атома ? их поляризуемость.

Различают электронную, ионную и ориентационную поляризацию атомов.

Электронная поляризация атомов (рис. 1, а) вызвана смещением электронного облака относительно ядра атома и приобретением последним индуцированного дипольного момента. Время собственных колебаний электронов составляет 10?14-10?15 с, за это же время устанавливается электронная поляризация.

Ионная поляризация молекул (рис. 1, а) вызвана упругим смещением ионов в твердых диэлектриках с ионной кристаллической решеткой (ионы Na+ и С1- в поваренной соли).

Период собственных колебаний решетки составляет 10?12-10?13 с. Время ионной упругой поляризации ? того же порядка.

Ориентационная поляризация (рис. 1, б) имеет место в диэлектриках с молекулами, имеющими жесткие диполи независимо от наличия внешнего электрического поля. Поляризация проявляется лишь в частичном повороте и упорядочении диполей под влиянием внешнего электрического поля.

Диэлектрик поляризуется не только в постоянном, но и в переменном электрическом поле. В этом случае направление поляризации меняется с частотой поля, упругие диполи вибрируют, жесткие поворачиваются в прямом и обратном направлениях. Происходит и перемещение зарядов, т. е. через диэлектрик протекает электрический ток. При расположении диэлектрика между обкладками конденсатора, на которые подано напряжение от высокочастотного генератора, электрическая цепь замкнется через этот генератор.

Рис. 1. Виды поляризации диэлектрика в электрическом поле: а — электронная и ионная; б — ориентационная

Поляризация вызывает потери энергии ввиду трения между молекулами (потери трения) и перемещения диполей (дипольные потери).

Потери энергии выражаются в нагреве диэлектрика или полупроводника, скорость которого определяется частотой изменения поля. Потери при поляризации приводят к запаздыванию смещения молекул по отношению к внешнему полю. С ростом частоты такое отставание увеличивается, пока не достигнет максимума. Дальнейшее повышение частоты приводит к уменьшению поляризации, что ведет к резкому снижению диэлектрической проницаемости вещества. При отсутствии потерь ток опережает напряженность поля на угол д = 90°. Если поляризация сопряжена с потерями и несколько запаздывает, ток опережает напряженность на угол и <90°. Разность углов д и и (рис. 2) характеризует потери в диэлектрике и называется углом диэлектрических потерь.

Процессы, протекающие в диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле, определяются диэлектрической проницаемостью

е = е? ? jе??,

где j — плотность электрического поля, А/.

Вещественная часть комплекса е? характеризует относительную диэлектрическую проницаемость вещества — отношение емкостей конденсатора до и после введения в него диэлектрика.

13 стр., 6419 слов

Защита от опасности поражения электрическим током

... электрической дуги и прохождения тока через тело человека; этот ожог возникает, как правило, в установках ... радиовещании, при индуктивном нагреве металлов и других материалов. 4. Ток ... электрического тока (60-65 %), причём треть их сопровождается другими травмами – знаками, металлизацией кожи и механическими повреждениями. В зависимости от условий возникновения различаются три вида ожогов: токовый, ...

Мнимая часть

е? = е?tg д

характеризует поглощение энергии поля диэлектриком и называется коэффициентом потерь диэлектрика.

Рис. 2. Векторная диаграмма токов в диэлектрике в переменном электрическом поле

Рис. 3. Зависимость е и tg д от частоты электрического поля

Протекающий через конденсатор с диэлектриком ток I имеет две составляющие: ток смещения = щCU , где щ ? угловая частота, рад; С ? емкость, Ф; U ? напряжение, В; и ток проводимости = qU . Отношение тока проводимости к току смещения

  • /— = tg д

также определяет коэффициент потерь в диэлектрике.

Показатели е и tg д зависят от рода и агрегатного состояния вещества, а также от частоты поля. Зависимость е и tg д от частоты поля показана на рис. 3. Величина tg д имеет максимум при так называемой релаксационной частоте , присущей каждому материалу. Мощность, выделяющуюся в диэлектрике, можно определить из векторной диаграммы. Установлено, что мощность в диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле, определяется только электрическими параметрами е и tg д и параметрами поля: напряженностью и частотой. Выделяющаяся мощность не зависит от теплопроводности диэлектриков и имеет низкие значения. Эта особенность диэлектрического нагрева позволяет значительно ускорить процесс обработки материала по сравнению с нагревом другими способами.

УСТАНОВКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Установки высокочастотного диэлектрического нагрева подразделяют на три вида.

Установки первого вида применяются в процессах обработки крупных изделий, требующих быстрого нагрева в однородном электрическом поле: сушка различных волокнистых материалов, целлюлозы и лесоматериалов, обжиг электроизоляторов и фарфоровых изделий, производство звуко- и теплоизоляционных материалов, сварка пластмасс и полимерных материалов.

Установки второго вида применяются для нагрева протяженных плоских изделий: сушка текстильного волокна, рисунков на тканях, бумаги, химических препаратов, полимеризации клеев, нагрев каучука, пастеризация.

В установках третьего вида проводятся следующие процессы: размораживание продуктов, разогрев и быстрое приготовление блюд, обжиг простых керамических изделий, сушка грибов, чая.

Устройства диэлектрического нагрева по частотам подразделяют на два вида: установки, работающие на высокой частоте, ? ВЧ-установки (частота ? 66 кГц — 100 МГц), и установки сверхвысокочастотного нагрева ? СВЧ-установки (частота ? 1 000 МГц и выше).

Последние чаще применяются при разогреве пищевых продуктов. Выбор рабочих параметров установки определяется исходя из физических свойств нагреваемого материала.

Главное условие равномерного нагрева по всему объему обрабатываемого материала ? это превышение заданной глубины проникновения электромагнитной волны в материал по всей площади поперечного сечения.

Напряженность электрического поля в конденсаторе не является постоянной. В случае, когда материал по своей структуре однороден и нет зазора между ним и обкладками конденсатора, напряжение , приложенное к материалу, равно напряжению , подводимому к рабочему конденсатору (рис. 4, а, в).

16 стр., 7566 слов

Цветные металлы: классификация, области применения. Металлические ...

... руд, недостаточной прочностью. Цветные металлы дороже чёрных, и, когда это возможно, их заменяют чёрными металлами, пластмассами и другими более дешёвыми материалами. Однако цветные металлы имеют свойства, которые ... широко используются в машиностроении. Цинк Цинк — это цветной металл, который при обыкновенной температуре хрупок, но при нагреве до 100-150 градусов хорошо куется и прокатывается. Цинк ...

Напряженность электрического поля в материале плоского конденсатора =/ , где — толщина слоя нагреваемого материала (рис. 4, a).

Материал в этом случае будет нагреваться равномерно, поскольку удельная мощность, выделяемая по всему объему, будет одинакова.

Рис. 4. Схемы рабочих конденсаторов установок диэлектрического нагрева: а, б — плоский конденсатор; в, г — коаксиальный конденсатор; ? толщина слоя нагреваемого материала; ? размер воздушного промежутка; ? напряженность электрического поля в данной точке; ? ? расстояние от центра до данной точки

Если однородный материал помещен в конденсатор коаксиального типа (рис. 4, в), то также —=, а напряженность электрического поля в известной точке материала можно найти по формуле

=/[ Rln (/)]—,

где R — сопротивление материала, Ом;

  • расстояние от центра до внутреннего диаметра конденсатора, см;
  • расстояние от центра до внешнего диаметра конденсатора, см.

Если материал занимает не весь объем конденсатора (рис. 4, б, г), то

  • =—е—

( — напряженность электрического поля в воздушном промежутке, кВ/см) и для плоского конденсатора

E =—/(—+—

для коаксиального конденсатора (рис. 4, г)

где ? напряжение, подводимое к конденсатору, В; е —относительная диэлектрическая проницаемость данного слоя или ее среднее значение для ряда слоев нагреваемого материала; ? размер воздушного

промежутка, см; R ? сопротивление материала, Ом; ? расстояние от центра до данной точки, см.

В производственной практике установки диэлектрического нагрева широко используются для термообработки пористых резин, изделий перед штамповкой, склеиванием термореактивными клеями, для обработки сельхозпродуктов и т. д.

В процессах сушки, сопровождающихся выделением водяных паров или других летучих веществ, напряженность поля в воздушном зазоре в общем случае не должна превышать 1,0-1,5 кВ/см, однако в некоторых процессах нагрева она может достигать и 5,0 кВ/см.

Установки диэлектрического нагрева по рабочим частотам подразделяют на три диапазона частот: установки средневолнового ( f = 0,3? 3,0 МГц), коротковолнового (f = 3?30 МГц) и метрового (f = 30?300 МГц) диапазонов (рис. 5).

Средневолновые установки применяются для нагрева материалов с большим фактором потерь еtg д: это очень влажные изделия небольших размеров. Генераторы данных установок имеют относительно высокий КПД (0,5-0,6) и изготавливаются мощностью до нескольких сотен киловатт. Нагрев ведется при низких удельных мощностях (= 0,01?1,0 Вт/см3), длительности нагрева в десятки часов и высоком напряжении на рабочем конденсаторе (10-15 кВ).

Рис. 5. Схема высокочастотного генератора для диэлектрического нагрева (а) и эквивалентная схема нагрузки (б): ? индуктивность дросселя, защищающего выпрямитель от высокой частоты; ЛГ ? ламповый генератор; ? разделительный конденсатор; ? емкость нагревательного конденсатора; ? индуктивность колебательного контура; ? активное сопротивление индуктивной катушки и соединительных проводов; ? активное сопротивление нагрузки

3 стр., 1467 слов

Основы применения электротермических установок

... нагрев, индукционный нагрев, диэлектрический нагрев, электронный нагрев, нагрев по Джоуля—Ленца закону, нагрев в электролите, нагрев излучением оптического квантового генератора (лазера). Понятие "электротермические установки" (или "электротермическое оборудование") ... сосредоточенных интенсивных тепловых потоков; - достижение заданных полей температур в нагреваемом пространстве; - строгий контроль ...

Коротковолновые установки

Установки метрового диапазона имеют КПД 0,3-0,4. Они применяются для нагрева материалов с малым значением электрических потерь еtg д и могут работать с воздушным зазором. Объем рабочей камеры составляет = 0,1?3 кВт/см3, время нагрева — секунды.

Для установок сверхвысокой частоты необходима соизмеримость геометрических размеров колебательных систем с длиной волны используемых колебаний. Колебательная система автогенератора объединена с генераторной лампой в один вакуумированный блок. Нагрев в электромагнитном поле обеспечивается электромагнитным лучом в волноводе.

При нагреве тело находится под воздействием электромагнитного луча рупорной антенны, которой заканчивается волновод. Нагрев в волноводе обеспечивается бегущей волной и предназначен для термообработки листовых материалов, жгутов, лент, жидкостей (рис. 6).

В объемных резонаторах нагревают изделия произвольной формы.

Рис. 6. Схема технологического узла установок диэлектрического нагрева

В установках СВЧ-нагрева напряженность электрического поля меньше, чем в установках метрового диапазона, что уменьшает опасность электрического пробоя. В данных установках нагревают материалы с низким значением фактора потерь — это продукты, слоистые материалы, медицинские препараты и т. д.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ УСТАНОВОК ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

В случае высокочастотного нагрева диэлектриков используются ламповые генераторы на более высокие частоты (5?300 МГц).

Они состоят в основном из тех же узлов, что и генераторы для индукционного нагрева электропроводящих материалов, но, в отличие от последних, нагрузкой в них является рабочий конденсатор, в котором размещается нагреваемый материал. Так как в процессе нагрева емкость (рис. 5, б) и активное сопротивление изменяются, то меняются эквивалентное сопротивление контура и режим работы генератора.

Для сохранения диапазона частот генератора неизменным во время нагрева материала нужно поддерживать постоянным эквивалентное сопротивление нагрузки, что достигается специальным регулированием. Разработаны различные варианты схем колебательной системы с обеспечением самовозбуждения, их выбор определяется необходимой частотой автоколебаний и условиями ее стабильности.

В одноконтурных схемах для генерирования колебаний с частотой до 1 МГц, как правило, применяется трансформаторная или автотрансформаторная связь.

Рис. 6. Схема лампового генератора: 1 ? блок питания; 2 ? выпрямительный блок; 3 ? блок генератора; 4 ? нагрузочный блок; Т ? силовой трансформатор; В ? вентили; ? разделительная индуктивность; ? разделительная емкость; C1?С3 ? емкости колебательного и нагрузочного контуров; ? короткозамкнутая катушка индуктивности; L1, L2 ? индуктивности контуров связи и нагрузочного; L3 ? катушка связи; И ? индуктор; ЛГ ? лампа генераторная

Используемые многоконтурные схемы автогенераторов дают возможность плавно и в широких пределах изменять эквивалентное сопротивление контура практически без снижения его КПД. При этом необходимо учитывать, что они имеют несколько резонансных частот, которые могут вызвать переход генератора с одной частоты на другую, в связи с чем необходимо осуществлять обратную связь от вторичного контура с индуктивной связью между контурами.

4 стр., 1512 слов

Индукционный нагрев

... Установки индукционного нагрева На установках с рабочей частотой до 500 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки ... по следующим критериям: надежность; стабильность колебаний; простота изготовления; удобство настройки; ... частоты излучения, чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит ... на нагревательный индуктор. Данный реферат составлен на основе .

Плавное изменение сопротивления нагрузки обеспечивается перемещением короткозамкнутой индуктивной катушки (рис. 6).

Промышленные установки для диэлектрического нагрева выпускают с унифицированными узлами, с возможностью для совместной работы с различным оборудованием, например, прессовым и т. п.

Установки для нагрева материалов, свойства которых изменяются в процессе термообработки, или для включения их в конвейерные линии выпускают без технологических узлов, затем их дорабатывают на месте под конкретно обрабатываемый материал и режимы обработки.

МАГНЕТРОНЫ

диэлектрический нагрев магнетрон ионный

В установках СВЧ-нагрева источниками концентрированного электромагнитного излучения являются магнетроны. На рис. 7 приведена принципиальная схема многорезонаторного магнетрона. Анодный блок магнетрона 1 — это массивный медный цилиндр с центральным сквозным отверстием и симметрично расположенными сквозными полостями 2, которые служат объемными резонаторами.

Каждый резонатор соединен щелью с центральным отверстием, в котором расположен катод 5. Резонаторы создают кольцевую колебательную систему, имеющую несколько резонансных частот. При данных частотах на кольцевой колебательной системе укладывается от 1 до N/2 (N — число резонаторов) стоячих волн. Оптимальным является вид колебаний, при котором число волн равно числу резонаторов, — р-вид колебаний (названный так потому, что напряжения на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на р).

Для стабильной работы магнетрона необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебаний системы значительно отличалась от рабочей частоты.

В магнетронах, имеющих одинаковые резонаторы, эта разность несущественна. Ее увеличение возможно введением связок в виде металлических колец 4 (рис. 7, а), одно из которых соединяет все четные, а другое ? все нечетные ламели анода 3, или использованием разнорезонаторной колебательной системы (четные резонаторы ? с одними размерами, нечетные ? с другими).

В магнетронах движение электронов осуществляется в скрещенных постоянных электрическом и магнитном полях и в электромагнитном СВЧ-поле (300 МГц ? 300 ГГц).

Постоянное электрическое поле создается между анодом 1 и катодом 2 (рис. 7, б, в), а постоянное магнитное поле перпендикулярно силовым линиям электрического поля и направлению движения электронов (вдоль оси катода).

Под действием магнитного поля электроны меняют направление движения, их радиальная скорость переходит в тангенциальную, перпендикулярную радиальной. При этом доля электрического СВЧ-поля проникает через щели резонаторов в пространство “анод ? катод”. При перемещении в тангенциальном направлении электроны тормозятся тангенциальной составляющей СВЧ-поля, вследствие чего их энергия, полученная от источника постоянного напряжения, преобразуется в энергию СВЧ-колебаний.

Поле сверхвысоких частот дважды за период колебаний меняет свое направление. Для непрерывного торможения электронов необходимо, чтобы они от одного резонатора к соседнему перемещались за полпериода в тангенциальном направлении. Это условие является основным принципом работы многорезонаторного магнетрона. Попадающие в ускоряющее СВЧ-поле электроны преумножают свою кинетическую энергию и выпадают из синхронизма. Они могут возвращаться на катод или попадать в тормозящее СВЧ-поле и снова входить в синхронизм, при условии, что ближайшая резонансная частота колебаний системы будет значительно отличаться от рабочей частоты.

14 стр., 6705 слов

Конструктивные и химические меры защиты древесины от гниения и возгорания

... деревянной балки после воздействия на нее огня (а -- первоначальное сечение; б -- слой угля; в -- слой древесины, ослабленной нагревом ... при натурных испытаниях. Нормы допускают применение клееных деревянных конструкций массивных сечений (колонн, арок, рам, балок) ... Для установки образца должна быть предусмотрена возможность отвода зонта; термоэлектрического преобразователя 8 с пределами измерения от 0 ...

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

Начальный период. Впервые эффект нагрева диэлектрика в переменном электромагнитном поле зафиксировал в 1864 г. Э. В. Сименс (Германия), затем в 1886 г. И. И. Боргман (Россия) — исследовался нагрев стеклянной стенки конденсатора (лейденской банки) при заряде и разряде.

Диэлектрический нагрев первоначально нашел применение в медицине. В 1891 г. Ж. А. д’Арсонваль (Франция) обнаружил термическое воздействие переменного электромагнитного поля на человека. Р. фон Зейнек (Германия) в 1899 г. открыл возможность использования электромагнитных полей частотой свыше 200 кГц для нагрева тканей тела и лечения. С 1906 г. использование диатермии стало быстро распространяться, и до настоящего времени диэлектрический нагрев широко используется для физиотерапии.

В 1925 г. А. Эсау (Франция) заметил, что передатчик большой мощности метрового диапазона, т. е. сверхвысокочастотные (СВЧ) волны, вызывал ощущение нагрева у персонала, и предложил использовать СВЧ-волны для терапии. Совместно с Е. Шлипхаке он провел испытания на животных и людях.

В 1930 г. И. Петцольд (Германия) исследовал влияние частоты на глубину прогрева.

Диэлектрический нагрев токами высокой частоты. В 1930-1934 гг. началась разработка технологии сушки древесины токами высокой частоты (Н. С. Селюгин, Ленинградский филиал ЦНИИ механической обработки древесины).

В это же время А. И. Иоффе получил авторское свидетельство на высокочастотную сушку (ВЧ-сушку) древесины. Одно из первых применений — сушка березовых и буковых заготовок на обувной фабрике “Скороход” (Ленинград).

В США в 40-е гг. ХХ в. развиваются высокочастотный нагрев пластмасс, склеивание древесины и фанеры. Во Франции А. Эсау разрабатывает ВЧ-сушку текстиля и продуктов питания, склеивание древесины и нагрев пластмасс перед прессованием, М. Дескарсин (1946) — нагрев керамики, Ле Дюк и Дюфур — вулканизацию каучука.

На развитие техники диэлектрического нагрева большое влияние оказали работы А. В. Нетушила, особенно выпущенная под его редакцией монография “Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников” (1959).

В 1980-е гг. ВНИИТВЧ разработал высокочастотные установки диэлектрического нагрева периодического действия для сушки различных материалов с питанием от лампового генератора мощностью 60 кВт и частотой 13,56 МГц с использованием для перемещения материала вращающегося кольцевого дна из фторопласта или ленточного транспортера из метали- ческой сетки. Были разработаны также технологические процессы и оборудование для диэлектрического нагрева пористых материалов (пенополисти- рола, пенополиэтилена, пористых резин) и высокочастотной сварки термопластичных материалов (полихлорвинилов, полистирола, полиакрилатов, искусственных кож).

Нагрев на сверхвысоких частотах (микроволновый нагрев).

22 стр., 10939 слов

Разработка автоматического управления процесса сушки полидисперсных ...

... материала. Оборудование для этого метода сушки отличается сложностью; - диэлектрическую сушку, при которой материал высушивается в поле токов высокой частоты. Применяется для сушки древесины, ... 1.СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СУШКИ Сушка - это процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала ... передаваться материалу также от радиационных источников нагрева (при сушке тонких материалов), либо при ...

Нагрев на сверхвысоких частотах (СВЧ) стал применяться после изобретения магнетрона в 1940-х гг. В США в 1947 г. появилась первая СВЧ-плита “Рада- рэндж” с рабочей частотой 2400 МГц (длина волны — 12,5 см).

Она была установлена в вагоне-ресторане и предназначалась для размораживания и подогрева предварительно приготовленных и замороженных блюд. В начале 1970-х гг. в США использовалось около 2 млн. бытовых микроволновых печей, в Японии — около 500 тыс.

С 1961 г. в Москве на Выставке достижений народного хозяйства (ВДНХ) демонстрировалась печь, созданная ВНИИТВЧ. Ленинградский завод торгового машиностроения изготовил опытно-промышленную серию подобных печей с использованием магнетронов непрерывного действия мощностями 600 и 1600 Вт.

В начале 1960-х гг. проводились опытные работы по промышленному применению нагрева на сверхвысоких частотах, в частности для разрушения горных пород (США, Япония) и получения плазменного факела (США, ФРГ).

У нас в стране работы по измельчению твердых горных пород проводил в 60х гг. прошлого века Институт горного дела им. А. А. Скачинского, но из-за экономических показателей этот способ оказался неконкурентоспособным.

В конце 1980-х гг. фирма “Линн” (Австрия) разработала высокотемпературную СВЧ-установку для спекания оксидов (температура — до 2000 °С), в которой использованы футеровка и водоохлаждение резонатора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По проведенной мной работе — изучению диэлектрического нагрева, я могу сделать вывод о том, что высокочастотный диэлектрический нагрев — перспективный и быстроразвивающийся способ нагрева и применяется главным образом для сушки и тепловой обработки древесины, бумаги, продуктов и кормов (сушки зерна, овощей и фруктов), пастеризации и стерилизации молока и т. п.

Диэлектрический нагрев нашел широкое применение, несмотря на сложность и высокую стоимость оборудования, так как позволяет нагревать непроводящие однородные материалы с высокой скоростью и равномерностью, а неоднородные материалы — избирательно, например, при сушке или склеивании.

В настоящее время в нашей стране выпускается ряд промышленных СВЧ-установок для диэлектрического нагрева мощностью 0,5-60 кВт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/otchet/ustanovki-dielektricheskogo-nagreva/

1. Электротехнологические установки: учеб. пособие / А. В. Суворин. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. — 376 с.

2. Электротермическое оборудование: справ. ? М.: Энергия, 1980

3. Евтюкова И. П. и др. Электротехнологические промышленные установки. — М.: Энергоиздат, 1982. — 323 с.

4. Электротехнологические установки. / Болотов А. В., Шепель Г. А. — Алма-Ата: Мектеп, 1983.

5. Высокочастотная электротермия. Справочник, М. — Л., 1965.

6. Физические основы высокочастотного нагрева. — 4-е изд., перераб. и доп. / Глуханов Н. П. — Л. Машиностроение, 1979. — 64 с.