34

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Рабочие камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков

Специальность 05.09.10 - Электротехнология

Гришина Екатерина Михайловна

Саратов 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

"Саратовский государственный технический университет"

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Архангельский Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Коломейцев Вячеслав Александрович

Доктор ф. - м. наук, с. н. с., заведующий лабораторией

Саратовского филиала Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН

Ушаков Николай Михайлович

Ведущая организация: Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева.

Защита состоится 4 февраля 2010 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп.1, ауд.1/319.

E-mail: upo@sstu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО "Саратовский государственный технический университет".

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета - www.sstu.ru " 30" декабря 2009 года.

Автореферат разослан "30 " декабря 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Томашевский Ю.Б.

Общая характеристика работы

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.

камера лучевой тип диэлектрик

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.

3. 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.

Основное содержание работы

Во введении сформулирована проблема камер лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новые научные результаты, полученные в диссертации, её практическая ценность, сформулированы положения, выносимые на защиту, сведения об апробации и применении результатов работы.

В первой главе "СВЧ электротехнология и её применение" дано определение термина "СВЧ электротехнология", указано, что СВЧ модификация диэлектрика - это изменение его свойств с помощью тепловой и нетепловой обработки в СВЧ электромагнитном поле.

Под тепловой СВЧ модификацией понимают СВЧ диэлектрический нагрев, а под нетепловой СВЧ модификацией - такое воздействие СВЧ электромагнитных колебаний на разрешенных в СВЧ электротехнологических установках частотах, при которых обрабатываемый объект находится в СВЧ электромагнитном поле малое время, нагревается незначительно или не нагревается вовсе, но у него появляются представляющие практический интерес новые технологические свойства. Природа этого явления, обнаруженного у полимеров, на наш взгляд, в полной мере не выявлена, но установлено, что эти изменения зависят от напряженности электрического поля, ориентации обрабатываемого материала относительно вектора Е и от времени обработки.

СВЧ установки нетепловой модификации являются новым классом СВЧ электротехнологических установок. Предложена их классификация, обобщены сведения об обнаруженных технологических процессах нетепловой модификации, предложены структурные схемы этих установок.

Для обеспечения заданной амплитуды вектора Е в камеру лучевого типа нетепловой модификации требуется подать достаточно большую СВЧ мощность, но, как показано экспериментально, на такую модификацию тратится незначительная доля СВЧ энергии, так что у СВЧ установок нетепловой модификации весьма низкая энергетическая эффективность (КПД). Предложено её повысить многократным использованием СВЧ энергии (рис.1) или применить принципиально новый тип установки, в которой, по сути дела, две рабочие камеры - для нетепловой и для тепловой обработки разных диэлектриков (гибридная установка) (рис.2).

Во второй главе "Рабочие камеры для СВЧ модификации диэлектриков" дана классификация рабочих камер СВЧ установок, показаны преимущества КЛТ, главным из которых является возможность модификации объектов с разными диэлектрическими свойствами любого агрегатного состояния, в том числе с большими поверхностями и объемами.

На основании анализа излучателей СВЧ энергии для КЛТ рекомендованы излучающие системы на прямоугольном волноводе (пирамидальный рупор, секториальные рупоры в плоскости Е и в плоскости Н, волноводно-щелевой излучатель). Для уменьшения габаритов КЛТ модифицируемый объект размещают в ближней зоне излучателя.

Рис.2. Структурная схема СВЧ гибридной установки (1? источник питания; 2 - СВЧ генератор; 3,5 - линия передачи; 4 - камера лучевого типа для нетепловой модификации; 7, 9 - система загрузки-выгрузки; 8 - воздуходувка или вакуумирующая система; 10 - система управления)

Обычно ограничиваются рассмотрением плоской электромагнитной волны.

При нормальном падении плоской электромагнитной волны энергетическая эффективность , где Г ? коэффициент отражения от поверхности диэлектрика не зависит от вида поляризации и определяется исключительно диэлектрическими свойствами модифицируемого диэлектрика. Так, в случае воды = 0,4, причем отраженная электромагнитная волна принимается излучающей системой, поступает в СВЧ генератор, отчего тот может выйти из строя из-за перегрева катода. У современных магнетронов допустима работа на нагрузку с К_сти< 3, что соответствует требованию > 0,75.

Во второй главе определены основные типы электротехнологических процессов, которые могут быть реализованы в КЛТ: тепловая модификация - нагрев, сушка, дефростация, размораживание, пастеризация и стерилизация, нетепловая модификация ? пастеризация и стерилизация, отверждение полимерных компаундов, обработка синтетических нитей и тканей на их основе, смазочно-охлаждающих жидкостей, триботехнических смазок, полимерных волокнистых материалов, синтетических красок и полимерных порошков.

Для обработки объектов с большими поверхностями и объемами рекомендуется применение многогенераторных схем КЛТ. Некогерентные источники СВЧ энергии позволяют получить весьма равномерное распределение модифицируемого воздействия.

В третьей главе "Камеры лучевого типа установок СВЧ диэлектрического нагрева" рассмотрены вопросы повышения энергетической эффективности и математического моделирования процессов тепловой модификации, а также возможности достижения максимальной температуры в КЛТ, собранной по многогенераторной схеме.

Величина Г определяется не только диэлектрическими свойствами и толщиной модифицируемого диэлектрика, но и элементами конструкции КЛТ, расположенными за модифицируемым диэлектриком. Для уменьшения Г, т.е. увеличения энергетической эффективности , предлагается использовать согласующий четвертьволновый трансформатор, расположенный между излучающим рупором и модифицируемым диэлектриком. Трансформатор представляет слой диэлектрика без потерь (рис.3).

С помощью теории цепей получены соотношения для расчета согласующего четвертьволнового трансформатора. Так, величина l рассчитывается с помощью уравнения

.

Диэлектрическая проницаемость согласующего слоя и его длина равны

,

,

где = 377 Ом; ; ? входное сопротивление на входе модифицируемого объекта; ? входное сопротивление на входе воздушного слоя между согласующим слоем и диэлектриком.

Показано, что наибольшее влияние на энергетическую эффективность оказывает короткозамыкающее дно КЛТ. В отношении применения таких согласующих трансформаторов все сводится к тому, удастся ли подобрать диэлектрик без потерь с нужным .

Задача решается проще, если за модифицируемым диэлектриком расположить приемный рупор (рис.3 б). Исследовано влияние на энергетическую эффективность отклонения от требуемой величины (рис.4). Так, отклонение приводит к уменьшению на 5?18%.

Задача проектирования СВЧ установки на КЛТ для тепловой модификации имеет комплексный характер. Процесс тепловой модификации в КЛТ можно описать решением краевой задачи тепломассопереноса (теплопроводности) в приближении заданного электромагнитного поля, в свою очередь найденного из решения краевой задачи электродинамики на некотором интервале времени . Повторяя расчеты для все новых интервалов времени до достижения заданной или установившейся температуры (заданного влагосодержания) модифицируемого объекта, можно выяснить динамику процесса, учесть изменение во времени диэлектрических и теплофизических параметров объекта (рис.5). Аналогичная блок-схема предложена для решения самосогласованной краевой задачи электродинамики и теплопроводности.

При проектировании КЛТ расчету подлежат излучатели, габариты рабочего пространства камеры, длина волны и мощность СВЧ генератора, количество излучателей и их расположение на стенках камеры, согласующий четвертьволновый трансформатор. В третьей главе предложены методы расчета КЛТ, работающих в периодическом и методическом режимах и реализующих нагрев и сушку. Расчет излучателей проводится традиционными для антенной техники методами.

С помощью математического моделирования тепловой модификации в КЛТ был получен ответ на вопрос о величине достижимой температуры модифицируемого объекта. На рис.6 а показана компоновка такой КЛТ, а на рис.6 б ? пример температурного поля в этой камере.

Рис.5. Блок-схема решения самосогласованной краевой задачи электродинамики и тепломассопереноса для расчета КЛТ и математического моделирования процесса тепломассопереноса

Максимально возможная температура диэлектрика ищется с помощью уравнения теплового баланса. Результаты расчета для наиболее мощных серийных магнетронов приведены в табл.1.

На частоте 2450 МГц удается получить температуру, достаточную для получения наноматериала, нагревая в районе тройной точки, например ZnO.

а б

Рис.6. Математическое моделирование тепловой модификации в КЛТ: а - КЛТ с многогенераторным энергоподводом; б ? линии постоянной температуры в объекте при z = 0, = 60 с

Таблица 1. Температура диэлектрика при нагреве в течение четырех минут

f, МГц	P, кВт	з, %	Волновод, ммЧмм	Апертура, ммЧмм	Диэлектрик, ммЧммЧмм	с,	,	Т (0),	Т (240),
2450	10	75	90Ч45	140Ч140	140Ч140Ч140	795	1500	20	2195
915	100	75	220Ч110	340Ч340	340Ч340Ч340	795	1500	20	1532
433	50	75	500Ч250	770Ч770	770Ч770Ч770	795	1500	20	71

В четвертой главе "Камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для нетепловой модификации диэлектриков" рассмотрены особенности повышения энергетической эффективности в КЛТ нетепловой модификации диэлектриков, разработаны методы расчета КЛТ для нетепловой модификации различных полимерных материалов.

Приведены методы расчета КЛТ для обработки синтетических нитей и тканей на их основе, жидких, вязких и сыпучих полимерных материалов. При расчете КЛТ для нетепловой модификации задаются длиной волны , амплитудой напряженности и временем обработки в КЛТ, производительностью , а также при модификации синтетических нитей и тканей на их основе ориентацией объекта относительно вектора Е электромагнитного поля.

Компоновка КЛТ для синтетических нитей показана на рис.7.

Плоский пучок модифицируемого объекта может быть создан одной нитью, изменяющей направление своей протяжки, или пучком параллельных нитей (волокон).

Рис.7. Взаимная ориентация рупорных излучателей и пучка нитей

В четвертой главе приведены соотношения для расчета геометрии зоны между рупорами, в которой должен находиться модифицируемый пучок нитей, число нитей в пучке, количество в КЛТ рупоров, обеспечивающих заданную производительность установки. На рис.8 приведено расположение рупорных излучателей по длине и ширине ткани на основе синтетических нитей, модифицируемой в КЛТ. Предложены соотношения для расчета числа рупорных излучателей, необходимых для обработки ткани по её ширине, числа параллельных рядов рупорных излучателей по длине ткани, КПД камеры .

На рис.9 показана компоновка КЛТ для нетепловой модификации проточных жидких сред. В четвертой главе рассмотрены гидравлические и реологические характеристики КЛТ для ньютоновских и неньютоновских жидкостей, протекаемых в КЛТ по трубам или лоткам. Приведены расчетные соотношения для определения геометрии трубы или лотка, давления, которое надо создать на входе в транспортную систему, числа рупорных излучателей и производительность КЛТ.

Сыпучие материалы для увеличения производительности КЛТ целесообразно обрабатывать в методическом режиме, транспортируя по расположенной вертикально или под углом к горизонту радиопрозрачной диэлектрической трубе прямоугольного сечения (рис.10).

В пятой главе "Проектирование камер лучевого типа и СВЧ установок на их основе" рассмотрены конструкции установок с КЛТ для тепловой и нетепловой модификации диэлектриков (рис.11), сформулированы технико-экономические принципы проектирования КЛТ и СВЧ установок на их основе.

а в

Рис.8. КЛТ для нетепловой модификации тканей с полимерной нитью: а - система рупорных излучателей с волноводами (1 - СВЧ генератор; 2 - излучающие рупоры; 3 - приемные рупоры; 4 - волновод; 5 - обрабатываемый материал; 6 ? балластная нагрузка; 7 ? четвертьволновый согласующий трансформатор); б - рупорный излучатель; в - размещение рупорных излучателей по длине и ширине ткани

а б в

г д е

Рис.9. КЛТ для обработки проточных жидких сред: а - секториальный в плоскости Н рупор; б ? секториальный в плоскости Е рупор; в - пирамидальный рупор; г - прямоугольная труба; д - открытый прямой лоток; е - наклонное расположение лотка

а б

Рис.10. КЛТ вертикального типа для нетепловой модификации сыпучего материала: а - КЛТ с одной транспортной трубой; б - КЛТ с несколькими транспортными трубами

Установка, показанная на рис.11 а, предназначена для тепловой модификации (нагрев или сушка) в периодическом и методическом режимах как твердых, так и сыпучих объектов. В ней использованы четыре источника СВЧ энергии "Хазар-2Р" по 3,5 кВт каждый при частоте 2450 МГц. В КЛТ применены четыре волноводно-щелевых излучателя.

а б

в г

Рис.11. СВЧ электротехнологические установки с КЛТ для тепловой и нетепловой модификации: а - для тепловой; б - для нетепловой; в, г - гибридные установки

Рис.11 в, г иллюстрируют возможность использования этой мощности во второй рабочей камере - камере со стоячей волной (рис.11в) и с бегущей волной (рис.11г). В первой их этих гибридных установках вторая рабочая камера (КСВ) предназначена для тепловой модификации, например, роспуска меда или воска, во второй - для сушки узких диэлектрических лент в методическом режиме.

Наконец, в пятой главе показано, как в условиях рыночной экономики нужно принимать решения на стадии проектирования СВЧ установок с КЛТ. В качестве критерия выбора предложено использовать сравнительный интегральный эффект , где ? чистый дисконтированный доход, индекс 1 обозначает базовую установку, индекс 2 - предлагаемую к разработке и применению.

Рис.12. Схема проектирования СВЧ установок диэлектрического нагрева с КЛТ

Приведены расчетные соотношения для для СВЧ установок с КЛТ для тепловой модификации, дана схема проектирования такой установки (рис.12).

О возможности нетепловой модификации, подобной СВЧ обработке при ином способе энергоподвода сведений нет, а потому на стадии обоснования принимаемого решения предлагается использовать экономическую эффективность , где К ? капиталовложения в проект установки. Приведены расчетные соотношения для определения Э для СВЧ установок с КЛТ нетепловой модификации, дана схема проектирования такой установки.

В диссертации имеются три приложения. В приложении 1 приведены результаты расчета влияния параметров и геометрии модифицируемого диэлектрика, габаритов КЛТ на энергетическую эффективность модификации. В приложении 2 приведены результаты измерения энергетической эффективности. В приложении 3 приведены справки о применении результатов диссертации.

Основные результаты работы

В результате исследований, положенных в основу диссертации, предложены методы расчета и конструкции камер лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации диэлектриков. Основные результаты сводятся к следующему:

1. Исследована проблема энергетической эффективности КЛТ, реализующих тепловую и нетепловую СВЧ модификацию диэлектриков. Для повышения энергетической эффективности предложено применять согласующий четвертьволновый трансформатор и приемную рупорную систему, позволяющую использовать пришедшую в неё СВЧ энергию для модификации того же диэлектрика в той же КЛТ или другой диэлектрик в дополнительной камере любого типа.

2. Решена самосогласованная краевая задача электродинамики и тепломассопереноса (теплопроводности) для КЛТ. На базе этого решения построены методы расчета КЛТ и математического моделирования тепловой модификации.

3. Предложена конструкция многогенераторной СВЧ электротехнологической установки на КЛТ, позволяющая сконцентрировать СВЧ энергию в ограниченном объеме нагреваемого объекта. Разработанные алгоритмы и программное обеспечение математического моделирования термообработки в КЛТ позволили исследовать технические возможности этих камер для высокотемпературного нагрева объектов с целью получения наноматериалов.

4. Разработаны методы расчета нового класса КЛТ, предназначенных

для нетепловой СВЧ модификации полимерных материалов и изделий. Предложены конструкции КЛТ для нетепловой СВЧ модификации твердых, сыпучих и жидких материалов. Это дает возможность проектировать промышленные СВЧ электротехнологические установки нетепловой модификации.

5. Предложены технико-экономические принципы проектирования КЛТ и СВЧ установок на их основе, позволяющие получить максимальную прибыль при их эксплуатации.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях

Публикации в центральных изданиях, включающих в перечень периодических изданий ВАК РФ

Архангельский Ю.С. Согласование обрабатываемого диэлектрика с рупорным излучателем камеры лучевого типа СВЧ электротермической установки / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник Саратовского государственного технического университета. ? 2006. ? № 4 (19). Вып.4. ? С.23 ? 27.

Гришина Е.М. Рабочая камера СВЧ электротехнологической установки для нетепловой модификации тканей с полимерной нитью / Е.М. Гришина, С.Г. Калганова // Вестник Саратовского государственного технического университета. ? 2006. ? № 4 (19). Вып.4. ? С.125 ? 130.

Архангельский Ю.С. К вопросу о получении максимальной удельной поглощенной мощности в камерах лучевого типа / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник Саратовского государственного технического университета. ? 2007. ? № 4 (29). Вып.2. ? С.43?51.

4. Калганова С.Г. Рабочие камеры лучевого типа СВЧ электротехнологических установок для модификации полимеров больших площадей / С.Г. Калганова, Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Электричество. ?2009. ?№1. - С.60?63.

5. Гришина Е.М. Теория расчета многофункциональной электротехнологической установки / Е.М. Гришина // Вестник Саратовского государственного технического университета. ? 2008. ? № 1 (31). Вып.2. ? С.260 ? 266.

6. Архангельский Ю.С. Математическое моделирование процесса СВЧ электротермической обработки диэлектриков в камерах лучевого типа / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Успехи современной радиотехники? 10'2008. - М. Радиотехника, 2008. ? С 78-93.

7. Гришина Е.М. Максимально достижимая температура в СВЧ электротермических установках / Е.М. Гришина, Ю.С. Архангельский // Успехи современной радиотехники ? 10'2008. - М. Радиотехника, 2008. ? С.45?56.

8. Архангельский Ю.С. Влияние диэлектрической проницаемости среды, заполняющей согласующий четвертьволновый трансформатор, на энергетическую эффективность камер лучевого типа / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. ? № 4 (19). Вып.4. ? С.35 ? 41.

9. Гришина Е.М. Целесообразность применения гибридных СВЧ электротехнологических установок / Е.М. Гришина // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. ? № 4 (29). Вып.2. ? С.26 - 29.

10. Архангельский Ю.С. Энергетическая эффективность линии передачи и рупорных излучателей СВЧ электротермических установок с рабочими камерами лучевого типа / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Вестник Саратовского государственного технического университета. ? 2008. ? № 1 (31). Вып.2. ? С.237?246.

Публикации в других изданиях

11. Архангельский Ю.С. Гибридная СВЧ электротехнологическая установка / Ю.С. Архангельский, Е.М. Гришина // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности (МНПК?ЛЭРЭП-2-2007?): сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Саратов, 2007. Т.2. - С.227 ? 230.

12. Гришина Е.М. Антенные излучатели камер лучевого типа СВЧ электротермических установок / Е.М. Гришина // Радиотехника и связь: Материалы четвертой международной научно-технической конференции. Саратов. 2007г. - С.165?168.

13. Гришина Е.М. / Повышение энергетической эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева с камерами лучевого типа / Е.М. Гришина // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: Труды II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Ч.2. Тольятти, 2007. - С 215?222.

14. Патент на полезную модель (РФ) 86373. Комбинированная установка для СВЧ обработки различных материалов / Ю.С. Архангельский, С.Г. Калганова, Е.М. Гришина, В.А. Лаврентьев. Приоритет от 11.01.2009 г.

Размещено на Allbest.ru