Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Гришина Екатерина Михайловна. Рабочие камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.10 / Гришина Екатерина Михайловна; [Место защиты: ГОУВПО "Саратовский государственный технический университет"].- Саратов, 2010.- 171 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

1. СВЧ электротехнология и её применение 12

1.1. Тепловая СВЧ модификация диэлектриков 12

  1. СВЧ диэлектрический нагрев 12

  2. СВЧ электротермические установки

и их классификация 15

1.2. Нетепловая СВЧ модификация диэлектриков 23

1.2Л. Нетепловое СВЧ воздействие на диэлектрики 23

1.2.2. СВЧ электротехнологические установки

нетеплового действия и их классификация 26

2. Рабочие камеры лучевого типа для СВЧ модификации
диэлектриков
34

  1. Классификация рабочих камер 34

  2. Излучатели СВЧ энергии и электромагнитные волны

в камерах лучевого типа 42

2.3. Технологические процессы, реализуемые

в установках с камерами лучевого типа 63

2.4. Камеры лучевого типа с несколькими

излучающими системами 65

3. Камеры лучевого типа установок СВЧ диэлектрического

нагрева 68

3.1. Энергетическая эффективность камер лучевого типа 68

  1. Энергетическая эффективность 68

  2. Повышение энергетической эффективности

камер лучевого типа 69

3.2. Самосогласованная краевая задача электродинамики

и тепломассопереноса для камер лучевого типа 81

  1. Постановка самосогласованной краевой задачи 81

  2. Методы решения самосогласованной краевой задачи 85

3.3. Расчет камер лучевого типа и математическое

моделирование процессов тепловой модификации 90

  1. Расчет камер лучевого типа 90

  2. Математическое моделирование процессов

тепловой модификации 99

3.3.3. Максимально достижимая температура

в камерах лучевого типа 105

4. Камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок
для нетепловой модификации
109

4.1. Особенности повышения энергетической эффективности

камер лучевого типа для нетепловой модификации
диэлектриков 109

4.2. Камеры лучевого типа для обработки синтетических нитей

и тканей на их основе 112

  1. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации синтетических нитей и волокон 112

  2. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации , тканей на основе синтетических нитей 118

4.3. Камеры лучевого типа для обработки жидких и вязких
полимерных материалов 122

  1. Движение жидкостей в камерах лучевого типа 122

  2. Рабочие камеры лучевого типа для модификации ньютоновских жидкостей 135

  3. Рабочие камеры лучевого типа для модификации неньютоновских жидкостей 140

4.4. Камеры лучевого типа для обработки

сыпучих материалов .141

4.4.1. Движение сыпучих материалов в камерах

лучевого типа 141

4.4.2. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации
сыпучего материала 145

5. Проектирование камер лучевого типа

и СВЧ установок на их основе 148

5.1. Конструкции и характеристики камер лучевого типа

и СВЧ установок на их основе 148

5.1.1. Камера лучевого типа и СВЧ установка

для тепловой модификации диэлектриков 148

5.1.2. Камера лучевого типа и СВЧ установка

для нетепловой модификации диэлектриков 152

5.1.3.СВЧ установка гибридного типа 153

  1. Технико-экономические принципы проектирования камер лучевого типа и СВЧ электротехнологических установок на их основе 154

  2. Камеры лучевого типа и установки

СВЧ диэлектрического нагрева диэлектриков 160

  1. Камеры лучевого типа и установки СВЧ нетепловой модификации диэлектриков 167

  2. Камеры лучевого типа и СВЧ электротехнологические установки гибридного типа 175

Заключение 179

Приложение 1. Влияние элементов конструкции камер лучевого типа

на энергетическую эффективность 181

Приложение 2. Измерение энергетической эффективности 191

Приложение 3. Справки о применении результатов

диссертационной работы 195

Литература 198

Введение к работе:

Актуальность темы. Для поступательного развития экономики требуется повышение эффективности производства. Решение этой проблемы невозможно без оснащения предприятий энергосберегающим технологическим оборудованием. В этой связи становится актуальным создание электротехнологических установок, позволяющих исключить применение в технологических процессах угля, нефти и газа, обеспечить высокую скорость обработки металлов и диэлектриков, автоматизировать технологический процесс, увеличить ассортимент, количество и качество товаров, которые не могут быть получены на установках с иным способом энергоподвода.

Наиболее сложно обеспечить термообработку диэлектриков, потому что при лучистом или конвективном энергоподводе в первую очередь нагревается поверхностный слой диэлектрика, а из-за малого коэффициента теплопроводности в глубине диэлектрик нагревается медленно. Интенсификация нагрева увеличением теплового потока имеет ограничение по максимально допустимому температурному градиенту, превышение которого опасно появлением в диэлектрике недопустимых механических напряжений, обычно приводящих к короблению, растрескиванию, т.е. к браку.

Интенсифицировать термообработку диэлектрика при высоком качестве обработки можно с помощью энергии СВЧ электромагнитных колебаний, поскольку из-за проникновения электромагнитной волны в глубину диэлектрика в нем происходит объемное тепловыделение. Выбором геометрии рабочей камеры СВЧ электротехнологической установки можно обеспечить равномерный нагрев по всему объему обрабатываемого диэлектрика.

Фундаментальные исследования в области СВЧ диэлектрического нагрева выполнены московской, санкт-петербургской, саратовской и казанской научными школами. Следует назвать работы И.А. Рогова, И.И. Девяткина, Ю.С. Архангельского, В.А. Коломейцева, Г.А. Морозова, Г.В. Лысова, А.И. Пиденко, С.В. Некрутмана, Н.Н. Долгополова.

Приходится, однако, признать, что остаются малоисследованными камеры лучевого типа, в которых энергия СВЧ электромагнитных колебаний подается к обрабатываемому диэлектрику с помощью специальных излучающих систем, тогда как рабочие камеры этого типа весьма перспективны. В них можно обрабатывать, в том числе и с фазовым переходом, твердые, сыпучие и жидкие диэлектрики как в периодическом, так и в методическом режимах.

В последние годы ведутся исследования в области так называемой нетепловой СВЧ модификации полимерных материалов и изделий. Большие возможности реализовать такие технологические процессы представляют камеры лучевого типа, и это ставит вопрос о создании методов расчета и конструкций совершенно нового класса камер лучевого типа, предназначенных для нетепловой модификации диэлектриков.

Принимая во внимание, что приходится обрабатывать разнообразные диэлектрики, в том числе полимерные материалы и изделия, разработка камер лучевого типа, безусловно, имеет научный и практический интерес.

Цель работы. Разработка методов расчета и конструкций камер лучевого типа СВЧ электротехнологических установок, предназначенных для тепловой и нетепловой модификации диэлектриков.

Основные задачи исследования:

  1. Разработать систему технических решений, повышающих энергетическую эффективность камер лучевого типа.

  2. Решить самосогласованную краевую задачу электродинамики и тепломассопереноса (теплопроводности), а также построить методы расчета камер лучевого типа и математического моделирования процесса тепловой модификации.

  3. Разработать методы расчета камер лучевого типа для нетепловой модификации полимерных материалов.

  4. Разработать конструкции камер лучевого типа для модификации твердых, сыпучих и жидких диэлектриков.

  5. Предложить технико-экономические принципы проектирования камер лучевого типа и СВЧ электротехнологических установок на их основе.

Методы исследования. В работе использованы методы решения краевых задач электродинамики СВЧ, тепломассопереноса, теплопроводности, технико-экономического анализа технологических установок, теория длинных линий и математическое моделирование.

Научная новизна. Впервые сформулирована и решена задача построения методов расчета камер лучевого типа как для СВЧ диэлектрического нагрева (тепловая модификация), так и для нетепловой СВЧ модификации диэлектриков. В частности:

предложены способы повышения энергетической эффективности камер лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для тепловой и нетепловой модификации диэлектриков;

решена самосогласованная краевая задача электродинамики и тепломассопереноса (теплопроводности) для камер лучевого типа, реализующих СВЧ диэлектрический нагрев с фазовым переходом и без него;

проведено математическое моделирование процессов тепловой модификации в камерах лучевого типа, разработан метод расчета таких камер, работающих в периодическом и методическом режимах;

предложены конструкции камер лучевого типа для тепловой модификации, в том числе конструкция, позволяющая максимально концентрировать СВЧ энергию в обрабатываемом объекте;

предложен метод расчета максимально достижимой температуры в камерах лучевого типа с многогенераторным СВЧ энергоподводом;

разработаны методы расчета камер лучевого типа для нетепловой обработки синтетических нитей и тканей на их основе, жидких, вязких и сыпучих сред;

предложены конструкции камер лучевого типа для нетепловой обработки полимерных материалов и сред, в том числе гибридной установки с камерой лучевого типа для нетепловой модификации и камерой, реализующей СВЧ диэлектрический нагрев;

разработаны методы технико-экономической оптимизации СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков в камерах лучевого типа.

Практическая значимость работы:

1. Предложенные конструкции камер лучевого типа позволяют модифицировать диэлектрические объекты различного агрегатного состояния с более высокой энергетической эффективностью.

2. Камеры лучевого типа для нетепловой модификации позволяют придать полимерным материалам и изделиям новые технологические свойства, расширяющие возможности их применения.

  1. Разработанные технико-экономические принципы проектирования камер лучевого типа и СВЧ установок на их основе положены в основу технических решений, позволяющих получить наибольший экономический эффект от применения этих камер.

Научные положения, выносимые на защиту:

  1. Разработанные методы расчета и конструкции камер лучевого типа позволяют проводить тепловую и нетепловую СВЧ модификацию диэлектриков с максимальной энергетической эффективностью.

  2. Предложенная методика совместного решения краевых задач электродинамики и тепломассопереноса (теплопроводности) позволяет рассчитать геометрию камер лучевого типа для тепловой СВЧ модификации диэлектрика и провести математическое моделирование процесса с учетом изменения в процессе модификации электрофизических и теплофизических параметров обрабатываемого объекта.

  3. Многогенераторные камеры лучевого типа с серийными СВЧ генераторами технологического назначения позволяют нагреть объект до температуры возгонки, что дает возможность получать наноматериалы.

  4. Разработанные методы расчета и конструкции камер лучевого типа для нетепловой СВЧ модификации полимерных материалов и изделий дают возможность практического применения этого нового метода получения полимерных материалов и изделий с новыми технологическими свойствами.

  5. Разработанные технико-экономические принципы проектирования камер лучевого типа и СВЧ электротехнологических установок позволяют реализовать технологический процесс модификации диэлектриков с максимальной экономической эффективностью.

Реализация результатов работы. Работа выполнена в рамках плана научных исследований ведущей научной школы России НШ 9553.2006.8 (грант Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ, 2006 2007 гг.; внутривузовское основное научное направление 05.В «Научные основы проектирования, исследование параметров и режимов электронных, электрорадиотехнологических установок, систем и технологий», 2005 2009 гг.; проект по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы», тема «Разработка конденсационного метода получения наноматериалов в высокотемпературных СВЧ установках и исследование их электрофизических свойств в широком интервале температур», 2009 – 2010 гг.)

Методы расчета камер лучевого типа, варианты компоновки СВЧ электротехнологических установок на их основе для СВЧ модификации диэлектриков переданы на ФГУП «НПП «Контакт»» (г. Саратов) и в ООО ИТФ «Элмаш-Микро» (г. Саратов).

Результаты диссертационной работы используются при чтении лекций по дисциплине «СВЧ электротермические установки и системы» для студентов специальности 140605 «Электротехнологические установки и системы» и «Применение СВЧ энергии в технологических процессах» для обучающихся в магистратуре по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и в дипломном проектировании.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов подтверждаются корректным использованием математического аппарата и программных средств, а также соответствием расчетных и определенных экспериментально параметров.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах различного уровня в 2007-2008 гг.: Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007), Международная научно-практическая конференция «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности» (Саратов, 2007), 4-я Международная научно-техническая конференция «Радиотехника и связь» (Саратов, 2007), научно-техническая конференция молодых ученых СГТУ (Саратов, 2008).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, из них 10 работ в журналах из перечня ВАК РФ. Новизна конструктивных решений подтверждена положительным решением о выдаче патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, двух приложений и списка использованной литературы, включающего 94 наименования, содержит 208 страниц сквозной нумерации, в том числе 4 таблицы и 62 рисунка.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net