автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Электротехнологические конвейерные СВЧ установки равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов

На правах рукописи

Журавлев Александр Николаевич

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОНВЕЙЕРНЫЕ СВЧ УСТАНОВКИ РАВНОМЕРНОГО НАГРЕВА ПРОИЗВОЛЬНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.09.10 - Электротехнология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 2004

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Коломейцев Вячеслав Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кошелев Василий Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Семенов Владимир Константинович

Ведущая организация:

ЗАО «Тантал-наука», г. Саратов

Защита состоится 12 октября 2004 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 в Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. 322/2.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета (410054, Саратов, ул. Политехническая, 77).

Автореферат разослан сентября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы:

Одним из широко распространенных электротехнологических процессов термообработки является нагрев диэлектрических материалов посредством энергии СВЧ поля. Преимуществом данного способа термообработки является возможность достижения равномерного нагрева обрабатываемого материала, что позволяет резко интенсифицировать процесс нагрева и повысить качество готовой продукции вследствие устранения термоупругих напряжений в объеме образца. Задача достижения равномерного нагрева распадается на две части: обеспечение однородной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала и теплоизоляция нагреваемого материала. Наиболее трудоемкую часть представляет задача обеспечения q, = const, которая состоит из двух частей - обеспечение однородной плотности тепловых источников в поперечном сечении и по длине - Первая часть обеспечивается выбором соответствующей волноводной системы, а вторая путем продольного изменения геометрии камеры в соответствии с требуемым законом изменения затухания по длине нагревательной системы.

Одним из перспективных классов волноводов сложного поперечного сечения (ВСС) являются многогребневые волноводы (МГВ), которые выделяются среди ВСС большим количеством степеней свободы, что позволяет наиболее эффективно управлять структурой ЭМГ поля в поперечном сечении РК. В связи с этим исследование электродинамических и тепло -вых свойств МГВ и квазистационарных ВСС с частичным диэлектрическим включением представляет определенный практический интерес при разработке СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов. Однако, в силу сложности граничных условий, невозможно аналитическое решение внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности (ВКЗЭиТ) для квазистационарных ВСС и МГВ с частичным поглощающим СВЧ мощность заполнением и особенно при частичном термопараметрическом заполнении. Наиболее эффективными в данном случае являются численные методы. В связи с этим разработка оптимального метода, алгоритма и программы совместной ВКЗЭиТ для ВСС и МГВ с частичным поглощающим или термопараметрическим заполнением представляет актуальную задачу СВЧ энергетики, поскольку ее решение позволит создать перспективный класс конвейерных СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов поперечного типа с высоким темпом нагрева.

Цель работы: Проведение комплексных исследований электродинамических свойств и структуры ЭМГ поля квазистационарных ВСС и многогребневых волноводов и класса

РОС. НАЦИОНАЛЬНА^

электротехнологических СВЧ установок поперечного типа с равномерным нагревом произвольных тонкопленочных и листовых диэлектрических материалов. Исследование процесса нагрева термопараметрических материалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе нагрева. Автоматизация процесса численного расчета и построение согласующих переходов между стандартными волноводами и квазиста-ционарнымй ВСС или МГВ, позволяющие осуществить неотражающую передачу СВЧ мощности от генератора в РК СВЧ установки, выполненной на основе ВСС или МГВ.

Научная новизна:

- разработаны оптимизированный алгоритм и программа численного решения совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для квазистационарных ВСС и МГВ, частично заполненных термопараметрическим диэлектрическим материалом, позволяющие провести комплексное исследование электродинамических и тепловых свойств данных волноводных структур;

- проведены комплексные исследования диапазонных свойств собственных электродинамических параметров и структуры электромагнитного поля МГВ с частичным диэлектрическим включением, позволяющие оценить возможность использования многогребневых волноводов как базовых элементов рабочих камер СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов;

- установлено, что изменением геометрии П - выступов и их взаимного расположения в МГВ можно достичь увеличения коэффициента заполнения волновода - г},то есть области существования однородного электрического поля в поперечном сечении МГВ по сравнению с квазистационарными ВСС (прямоугольный волновод с Т-ребром, якорный и секторный волноводы и др.), что позволяет использовать данные волноводы для создания СВЧ установок равномерного нагрева более габаритных диэлектрических материалов;

- проведены комплексные исследования процесса нагрева конкретных термопараметрических материалов в конвейерных электротехнологических СВЧ установках поперечного типа на основе прямоугольного волновода с Т-ребром и установлено, что изменение температуры нагрева материала происходит только в направлении его перемещения и по нелинейному закону, при этом характер изменения температуры однозначно определяется зависимостями электрофизических и тепловых параметров обрабатываемого материала в рабочем диапазоне температур;

- предложена методика автоматизированного численного расчета продольной геометрии плавных согласующих переходов между стандартными волноводами (СВ-прямоугольный, цилиндрический волноводы и др.) и ВСС или МГВ, позволяющих осуществить неотражающую передачу СВЧ мощности от генератора, выход которого, как правило, выполнен на ос-

нове СВ в рабочую камеру СВЧ нагревательной установки, выполненной на отрезке нерегулярного ВСС или МГВ;

- установлено, что неотражающая передача СВЧ мощности в РК СВЧ нагревательной установки на основе ВСС или МГВ во всем доминантном диапазоне длин волн СВ может быть осуществлена только посредством СП с нелинейным продольным изменением геометрии перехода;

- предложена методика расчета продольного изменения волнового сопротивления рабочих камер СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов на основе квазистационарных ВСС и МГВ, базирующаяся на методе эквивалентных схем и позволяющая оценить уровень согласования РК с генератором при изменении продольного профиля камеры;

- установлено, что наиболее плавное монотонное изменение волнового сопротивления в рабочих камерах СВЧ установок равномерного нагрева термопараметрических материалов на основе нерегулярных ВСС наблюдается при одновременном нелинейном изменении как внешней, так и внутренней геометрии рабочей камеры.

Практическая значимость:

- даны практические рекомендации по построению оптимальных конструкций СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов применительно к заданному технологическому процессу термообработки;

- даны практические рекомендации по построению согласующих переходов со стандартных волноводов на МГВ или ВСС, что позволяет решить задачу неотражающей передачи СВЧ мощности в РК электротехнологической СВЧ установки на основе МГВ или ВСС;

- предложены конкретные СВЧ установки и даны практические рекомендации по равномерному нагреву термопараметрических материалов (белок и желток куриного яйца, говядина, полимерные материалы) на основе ПВТР и МГВ, в которых обеспечивается наиболее плавное изменение волнового сопротивления по длине рабочей камеры;

- даны практические рекомендации по использованию многогребневых волноводов в качестве базовых элементов рабочих камер электротехнологических СВЧ нагревательных установок с равномерным нагревом материалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе нагрева;

- результаты исследований внедрены в учебном процессе и НИР, проводимых кафедрой «Радиотехника» СГТУ, а также могут быть использованы на предприятиях радиоэлектронной промышленности: ГНПП «Алмаз -Фазотрон», СЭПО, НПП «Контакт» и других.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты

всех расчетов получены автором самостоятельно, кроме того, в совместно

опубликованных работах автор принимал непосредственное участие в ана-

лизе полученных результатов и формулировке выводов, составляющих основу этих публикаций.

Апробация работы: Работа выполнена на кафедре «Радиотехника» Саратовского государственного технического университета в период 1999

- 2004 гг. Результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на:

- Международной научно-технической конференции «Проблемы управления и связи», Саратов ,СГТУ, 2000;

- научно-технической конференции «Электротехнология на рубеже веков» Саратов, СГТУ, 2001;

- Международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития электронного приборостроения», Саратов, ФГУП НПП «Контакт», 2003;

- Международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь», Саратов, СГТУ, 2004.

Публикации: По результатам исследований, проведенных в рамках данной диссертации, опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем диссертационной работы: Диссертационная работа содержит 235 страниц, состоит из введения, трех глав, заключения, а также включает 82 рисунка и список использованной литературы из 95 наименований.

На защиту выносятся:

• Оптимизированный алгоритм и программа численного решения совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности, основанные на методе конечных элементов с использованием принципа Галеркина и взвешенных невязок, позволяющие провести комплексные исследования электродинамических свойств произвольных волноводных структур с частичным термопараметрическим заполнением.

• Методика расчета продольного изменения волнового сопротивления рабочих камер электротехнологических СВЧ установок поперечного типа на основе нерегулярных квазистационарных ВСС и МГВ; позволяющая оценить уровень согласования рабочей камеры с генератором.

• Электродинамические свойства МГВ, позволяющие, оценить степень влияния изменения геометрии П-ребер и их взаимного расположения на структуру и степень однородности электрического поля в поперечном сечении волновода и перспективность использования МГВ при создании СВЧ электротехнологических установок равномерного нагрева габаритных диэлектрических материалов.

• Конструкции РК СВЧ установок поперечного типа на основе квазистационарных ВСС и МГВ, позволяющие обеспечить заданный электротехнологический процесс термообработки различных диэлектрических ма-

териалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе нагрева.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, изложены задачи, решенные в ходе проведенного исследования, отражена научная новизна и показана практическая значимость диссертационной работы, представлены сведения об ее апробации, описаны структура и объем диссертации и кратко раскрыто содержание ее разделов.

В первой главе дано краткое описание математической модели процесса взаимодействия электромагнитных волн с термопараметрическими средами в произвольных волноводных и резонаторных структурах. В данной диссертационной работе указанная математическая модель, представляющая собой систему взаимосвязанных нелинейных волновых уравнений и уравнения теплопроводности и соответствующих заданному электротехнологическому процессу термообработки граничных и начальных условий, используется для комплексного исследования электродинамических и тепловых свойств квазистационарных ВСС и МТБ с произвольным диэлектрическим заполнением и создания на их основе конвейерных СВЧ установок равномерного нагрева различных термопараметрических материалов поперечного типа. Характерной особенностью указанных установок является то, что изменение температуры нагрева происходит только в направлении перемещения образца перпендикулярно направлению распространения ЭМГ волны основного типа. Это приводит к ортогональности вектора напряженности электрического поля и градиента температуры на-

грева:

Соотношение (1) значительно упрощает внутреннюю краевую задачу электродинамики и теплопроводности и позволяет провести комплексные исследования электродинамических и тепловых процессов на основе решения параметрических волнового уравнения относительно и одномерного нестационарного уравнения теплопроводности.

Показано, что наиболее оптимальным способом решения ВКЗЭ для конвейерных установок поперечного типа на основе ВСС и МГВ являются численные методы и наиболее эффективным - метод конечных элементов с использованием принципа Галеркина и взвешенных, невязок, который при заданной точности расчета позволяет максимально полно удовлетворить краевые условия на сложных участках профиля волновода и границах раздела сред, при минимальном количестве элементов разбиения (треугольные элементы). При этом задача теплопроводности для образцов стандартной формы может быть решена аналитически. Усложнение же геометрии поперечного сечения ВСС и увеличение особых точек (особен-

ности на ребре) в МГВ приводит к увеличению порядка глобальных матриц А и В в матричном волновом уравнении, а также [А] и [В] в уравнении теплопроводности:

ах = а-вх,

М](ДГ)о[Я], (2)

где x = {£г1.,.ет,нг{...Я.,}-вектор собственных функций электромагнитного поля, Л-собственные значения; {Л"}= {Г,,...Г„}-собственные функции температурного поля; [А]-глобальная матрица теплопроводности; [В]- глобальный вектор-столбец тепловых потоков. При этом с возрастанием порядка глобальной матрицы время счета при решении ВКЗЭ увеличивается экспоненциально. Это приводит к необходимости более гибкого подхода к процессу дискретизации и оптимизации процесса триангуляции исследуемой области на конечные элементы. В данном разделе диссертации разработан алгоритм автоматического выбора степени дискретизации и на основе данного алгоритма произведена модернизация препроцессора программы WGTA. Блок-схема программы автоматического выбора степени дискретизации представлена на рис.1. Данный подход позволяет снизить время расчета собственных значений и собственных функций ВКЗЭиТ. Преимуществом программы WGTA является то, что она реализована на языке Zortech C++ для IBM AT с использованием объектно-ориентированного программирования, наиболее подходящего для решения задач математической физики различного типа (ВКЗЭиТ-гиперболо-параболического типа), а также реализована возможность использования вложенных. циклов и полной автоматизации процесса расчета нерегулярных волноводов, а также задания исходных данных о физическом состоянии обрабатываемого материала на каждом итерационном этапе решения самосогласованной ВКЗЭиТ методом последовательных приближений. Это принципиально важно при исследовании электрофизических и тепловых свойств СВЧ установок равномерного нагрева термопараметрических материалов поперечного типа на основе ВСС или МГВ. Тестирование модернизированных алгоритма и программы показало высокую эффективность и точность решения ВКЗЭ для сложных электродинамических структур с частичным диэлектрическим или поглощающим СВЧ мощность заполнением.

Во второй главе проведен комплексный анализ электродинамических свойств и структуры электромагнитного поля МГВ, а также дан сравнительный анализ собственных электродинамических параметров и структуры ЭМГ поля МГВ и квазистационарных ВСС, который показал, что многогребневые волноводные структуры обладают меньшими значениями приведенных критических длин волн основного и первого высшего

типов Л^/а волн (а-размер широкой стенки волновода прямоугольного внешнего профиля) и коэффициента широкополосности но при этом имеют более высокий коэффициент заполнения который определяет об-

ласть поперечного сечения волновода, в которой электрическое поле основной волны однородно. Более низкое значение Х^/а в МГВ означает, что на заданной рабочей длине волны они обладают большими внешними габаритами, нежели квазистационарные ВСС.

Рис. 1. Программа автоматического выбора степени дискретизации

Кроме того, более высокое значение позволяет использовать МГВ для равномерной термообработки более габаритных диэлектрических материалов.

Показано, что принципиальным отличием МГВ от квазистационарных ВСС является наличие межторцевых емкостей, величина которых возрастает с увеличением числа гребней, что может привести к трансформации основной волны. Данное положение необходимо учитывать при проектировании СВЧ установок равномерного нагрева на основе МГВ и не допускать кардинального изменения структуры ЭМГ поля в процессе термообработки, что возможно в случае, когда суммарная емкость зазоров МГВ значительно превосходит межгребневую емкость Данное условие определяет максимальное число гребней в РК на основе МГВ для заданного электротехнологического процесса термообработки. Кроме того, одним из основных преимуществ МГВ является то, что они позволяют управлять структурой электрического поля в области поперечного сечения волновода путем изменения геометрии ребер и их взаимного расположения относительно друг друга (рис 2), что особенно важно при термообработке крупногабаритных нестандартных диэлектрических материалов Кроме того, рабочие камеры (РК) на основе МГВ с П-гребнями более технологичны в изготовлении, нежели РК на основе квазистационарных ВСС, поскольку для их изготовления может использоваться простейшая технологическая операция - штамповка, что во многих случаях недопустимо при изготовлении ВСС

Реализация указанных преимуществ МГВ при создании СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов, требует создания согласующих переходов между стандартными волноводами, на основе которых выполнен вывод энергии большинства генераторов СВЧ мощности и МГВ, лежащих в основе РК (СВ-МГВ переходы), которые позволяют осуществить направленную передачу СВЧ мощности от генератора в РК установки. Показано, что графоаналитический метод расчета согласующих переходов СВ-МГВ, успешно используемый при расчете переходов СВ-ВСС, оказывается неэффективным при расчете переходов СВ-МГВ. В связи с этим в работе предложена методика прямого автоматизированного численного расчета конструкции согласующих переходов и проведены исследования диапазонных свойств переходов СВ-МГВ при линейном и нелинейном изменении продольной геометрии переходов. Показано, что линейные переходы СВ-МГВ, несмотря на уменьшение полосы пропускания, могут использоваться при создании СВЧ нагревательных установок на основе МГВ, в связи с достаточно узкой полосой рабочих длин волн, отведенных для целей СВЧ энергетики (2375, 2450, 433, 915 МГц±2,5%) по сравнению с доминантным диапазоном длин волн СВ. Установлено, что наиболее оптимальными переходами СВ-МГВ, при которых полоса пропускания определяется доминантным диапазоном длин волн, являются переходы, у которых геометрия П-ребер изменяется по нелинейному закону, а внешний профиль - по линейному закону в направлении распространения волны.

В заключительном разделе второй главы проведены исследования структуры электромагнитного поля МГВ с частичным диэлектрическим заполнением при различных электрофизических параметрах материала и размерах П-гребней и их расположениях в поперечном сечении волновода (рис.3). Показано, что с увеличением числа гребней коэффициент заполнения 7 возрастает (рис.4), причем область однородного электрического поля простирается практически по всей ширине волновода, что является отличительной чертой МГВ по сравнению с квазистационарными ВСС, у которых с увеличением ширины емкостного зазора уменьшается величина а электрическое поле основной волны напоминает структуру электрического поля доминантной волны прямоугольного волновода, с четко выраженным максимумом в центре емкостного зазора (рис.4). Таким образом в МГВ посредством изменения геометрии и числа гребней, а также их взаимного расположения можно создать требуемую структуру электрического поля в поперечном сечении обрабатываемого материала (рис.5). Указанные свойства МГВ представляют значительный практический интерес в СВЧ энергетике, поскольку позволяют за счет распределения д, с максимумом в приграничных областях образца компенсировать тепловые потери с по-

верхности нагреваемого материала и таким образом обеспечить его равномерный нагрев без введения дополнительных теплоизоляционных вставок, обладающих высоким тепловым сопротивлением и влияющих на структуру ЭМГ поля в поперечном сечении волновода. Кроме того, данный подход представляет интерес при обеспечении однородной плотности излучения СВЧ мощности от каждой щели при многощелевом способе возбуждения резонаторных камер микроволновых установок, что позволяет повысить уровень равномерности нагрева обрабатываемого материала.

Рис.4; Структуры ЭМГ поля в квазистационарном ВСС и MTB; а,б-

исследуемые геометрии; в,г-поперечное электрическое поле при •

Рис. 5. Поперечное электрическое поле в МТБ при 8=16

В третьей главе предложена методика расчета продольного изменения волнового сопротивления рабочих камер СВЧ электротехнологических установок равномерного нагрева термопараметрических материалов поперечного типа на основе нерегулярных квазистационарных ВСС и МГВ, позволяющая оценить уровень согласования рабочей камеры с генератором при продольном изменении геометрии РК.

Показано, что в случае, когда базовый элемент РК максимально обладает свойствами квазистационарного волновода на основе метода эквивалентных схем, становится возможным определить волновое сопротивление следующим образом:

(3)

где коэффициент формы 3± =у(51 -50),

площадь поперечного сече-соответственно емкостного зазора.

ния ВСС, а

С учетом того, что величина представляет собой волновое со-

противление воздушной среды (20я = 3770м), критериальное уравнение для оптимизации продольной формы поперечного сечения РК микроволновой установки равномерного нагрева можно представить в окончательном виде:

= 377-|= А-

ые

(4)

На основе соотношения (4) в данной работе оптимизирована СВЧ нагревательная установка конвейерного типа для нагрева термопараметрических материалов на основе ПВТР. Результаты расчетов приведены на рис.6. Ясно видно, что одновременное плавное изменение внутренней и внешней геометрии приводит к незначительному изменению волнового сопротивления Zo по длине рабочей камеры, что обеспечивает хорошее согласование РК с генератором СВЧ колебаний. Проведено моделирование СВЧ установок равномерного нагрева листовых термопараметрических

материалов поперечного типа на основе отрезков нерегулярных квазистационарных ВСС (прямоугольный волновод с Т-ребром, П и Н-волноводы) применительно к конкретным диэлектрическим материалам, с учетом характера изменения электрофизических и тепловых параметров в процессе нагрева (термообработка мышечной ткани говядины, порошка белка и желтка куриных яиц, а также полиэтилена и полиметилметакрилата). Обрабатываемый материал пропускается через центр емкостного зазора, при этом тепловая изоляция внешней поверхности образца осуществляется посредством двух диэлектрических вставок, обладающих высоким тепловым сопротивлением (А,. ¿0 25®^/ Показано, что в данных установках

при постоянстве скорости транспортировки температура нагрева материала изменяется лишь в направлении его перемещения, при этом основные соотношения, определяющие режим нагрева термопараметрических материалов - время термообработки, скорость протяжки материала, при которых для заданного уровня подводимой мощности достигается заданный тепловой режим нагрева, определяются следующим образом:

1/*», \ a, V.J

.=_1 '

ГДе Л ¿„.-р^-Ш)1

q = 1,2,3,...к. ; Atq = tq-tq_, - температурный интервал линейного изменения функции Y*(t) на q-м временном итерационном этапе; тк - время взаимодействия произвольного элементарного объема обрабатываемого материала с ЭМГ полем; Atq = Tq - xq_, - соответствующий Atq временной

интервал линейной вариации функции *F*(t); а,- угловой коэффициент линейной аппроксимации функции У"; d - ширина зазора, в котором происходит взаимодействие ЭМГ поля с образцом; - значение температурной зависимости в начале q-ro температурного интервала; Ч^т)) -среднее значение функции ¥*(1(т)) на временном интервале 05т£тк, или в температурном диапазоне tBX £ t(-i) £ tk, определяемое как

>f(t(T))=—^(^»dz; Voe = o0 • xk • L • W0 - полный объем термопараметрического материала, нагреваемого до температуры tk за время тк при неизменной скорости протяжки материала и0; Рвх - входная мощность.

Практическая реализация соотношений для конкретного электротехнологического процесса нагрева термопараметрических материалов требует определения температурных зависимостей электрофизических и тепловых параметров обрабатываемого материала в рабочем диапазоне температур:

е,ш) = £,„-д>му)у, ct(t(y)) = cnx-<j>,(t(y)y, (6)

tg3(tb■))-**„-л COO); ртш) = рпх-<рл«у));

где е\ tgs и <р{ (/(>)), <р2('(у)) -относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь нагреваемого материала; а также их температурные зависимости ст, рт и (г(>>)), <pt(t(y)) • удельная теплоемкость и плотность, а также их температурные зависимости. Заме-тим, что ччго,)) = Pl(,(%,W). а 4"«,)) = my%My)).9tmr Ч» этом

координата у определяет направление движения обрабатываемого материала. На рис.7 приведено распределение температуры нагрева мышечной

ткани говядины на частотах, отведенных для целей СВЧ энергетики (433 МГц-кривая 1, 915 МГц-кривая 2, 2450 МГц-кривая 3; пунктирными линиями показана температура нагрева при s'= cornt, tgs = const), а на рис 8 -зависимость /(г) полиметилметакрилата (кривая 1), полиэтилена (кривая

Легко видеть, что распределение температуры нагрева термопараметрических материалов в направлении его перемещения носит нелинейный характер. Показано, что на характер распределения г(г) наибольшее влияние оказывает температурное изменение электрофизических параметров обрабатываемого материала в процессе нагрева.

Наибольшую трудность при создании СВЧ электротехнологических установок равномерного нагрева термопараметрических материалов представляет расчет продольной геометрии рабочей камеры, при которой обеспечивается однородная плотность тепловых источников в направлении распространения волны Это связано с необходимостью учета характера изменения в направлении перемещения обрабатываемого ма-

териала. Для упрощения расчета продольной геометрии РК в работе введены эквивалентные электрофизические параметры которые позволяют свести расчет ВСС или МГВ с частичным термопараметрическим заполнением к расчету данных волноводов с однородным диэлектрическим заполнением

\<?му)).

dy,

" = 'х г

d l^ttiy)) tg8xs ^\tg5{t{y))dy.

(7)

В основе вывода соотношений (7) лежит представление емкостного зазора ВСС или МГВ в области размещения обрабатываемого материала, как конденсатора Эйнштейна (рис 9), то есть конденсатора с многослойным диэлектрическим заполнением, причем каждого слоя опреде-

ляется характером изменения электрофизических параметров термопараметрического материала в процессе нагрева (6). Показано, что данный

1

" Рис.9

подход весьма эффективен при учете влияния теплоизоляционных вставок на электродинамические свойства ВСС или МГВ. На рис.6 приведены продольные профили РК на основе ПВТР и МГВ, а также распределение волнового сопротивления Z0(z). Легко видеть, что СВЧ электротехнологические установки на основе квазистационарных ВСС и МГВ позволяют не только обеспечить равномерный нагрев термопараметрических материалов, но и минимизировать отражение СВЧ мощности в РК, то есть повысить КПД установки. Таким образом, СВЧ установки на основе ВСС и МГВ позволяют существенно расширить область применения СВЧ техники для термообработки более широкого класса диэлектрических материалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе термообработки.

Основные результаты и выводы по диссертационной работе:

• модернизированы алгоритм и программа численного решения ВКЗЭиТ путем создания алгоритмов автоматического выбора степени дискретизации и пересчета на регулярную сетку, на основе которых модернизирован препроцессор программы численного решения ВКЗЭиТ, а также приведены результаты ее тестирования, которые показали, что погрешность вычисления модернизированной программой WGTA не превышает 2-3%;

• показано, что изменение геометрии и взаимного расположения гребней в МГВ позволяет увеличить область однородного электрического поля в поперечном сечении волновода, а, следовательно, повысить коэффициент заполнения данных структур, что принципиально важно при построении РК электротехнологических СВЧ установок равномерного нагрева объемных диэлектрических материалов;

• исследованы диапазонные свойства МГВ и установлено, что они обладают меньшими значениями критических длин волн основного типа, что позволяет использовать их для построения РК электротехнологических

установок для равномерного нагрева более габаритных диэлектрических материалов, нежели в установках на основе ВСС;

• предложена методика прямого автоматизированного численного расчета продольной геометрии плавных согласующих переходов между стандартными волноводами и ВСС или МГВ, и установлено,"что неотражающая передача СВЧ мощности в РК СВЧ нагревательной установки на основе ВСС или МГВ во всем доминантном диапазоне длин волн СВ может быть осуществлена только на основе СП с нелинейным продольным изменением геометрии перехода;

• показано, что одновременное нелинейное изменение продольной геометрии РК на основе ВСС и МГВ позволяет достичь наиболее плавного изменения волнового сопротивления в направлении распространения волны;

• показано, что в конвейерных СВЧ установках поперечного типа на основе ВСС или МГВ изменение температуры нагрева происходит только в направлении перемещения материала по нелинейному закону;

• определена температура нагрева термопараметрических материалов (говядина, желток и белок куриного яйца, полиэтилен и полиметилметакри-лат) в конвейерной электротехнологической СВЧ нагревательной установке поперечного типа на основе ПВТР при постоянстве скорости перемещения обрабатываемого материала, что позволяет обеспечить заданный электротехнологический режим термообработки данных материалов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Коломейцев В.А., Хомяков СВ., Журавлев А.Н. Аналитический расчет критических длин волн основного и первого высшего типа П-волновода // Проблемы управления и связи: Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ, 2000. С. 130-135.

2. Железняк А.Р., Ноздрин И.В., Журавлев А.Н. Поглощающие свойства основной волны прямоугольного волновода с Т-ребром, частично заполненного диэлектрическим материалом, обладающим джоулевыми потерями на СВЧ // Электротехнология на рубеже веков: Сб. науч. ст. по материалам конф. Саратов: СГТУ, 2001. С. 41-43.

3. Бабак В.В., Журавлев А.Н., Одуев В.В. Микроволновые системы равномерного нагрева поглощающих СВЧ мощность диэлектрических материалов на основе прямоугольного волновода с Т-ребром // Электротехнология на рубеже веков: Сб. науч. ст. по материалам конф. Саратов: СГТУ, 2001. С. 73-75.

4. Коломейцев В.А., Шакин К.В., Журавлев А.Н. Применение квазистационарных волноводов сложных поперечных сечений // Актуальные проблемы электронного приборостроения: Регион, науч. сб. Саратов: ФГУП «НПП Контакт», 2003. С. 269-271.

5. Коломейцев В.А., Шакин К.В., Журавлев А.Н. Особенность аппроксимации граничных условий базовых элементов волноводных и резонатор-ных СВЧ устройств с нелинейным профилем поперечного сечения // Электро- и теплотехнологические процессы и установки: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С.126-130.

6. Коломейцев В.А., Железняк А.Р., Журавлев А.Н. Управление процессом нагрева термопараметрического материала в конвейерной установке поперечного, типа на основе ПВТР // Электро- и теплотехнологические процессы и установки: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 115-121.

7. Железняк А.Р., Журавлев А.Н., Салахов Т.Р. Структура теплового поля в термопараметрическом материале при конвейерной СВЧ термообработке в установке поперечного типа на основе ПВТР // Электро- и тепло-технологические процессы и установки: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 98-104.

8. Железняк А.Р., Журавлев А.Н., Аль-Азза Рами. Тепловая изоляция обрабатываемого материала в СВЧ устройствах с бегущей волной на основе ВСС // Электро- и теплотехнологические процессы и установки: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 107-115.

9. Журавлев А.Н., Салахов Т.Р., Карпов Д.И. Тепловые процессы в конвейерной СВЧ установке поперечного типа на основе ПВТР// Функциональные системы и устройства низких и сверхвысоких частот: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 58-62.

10. Коломейцев В.А., Железняк А.Р., Журавлев А.Н. Тепловые процессы в конвейерных СВЧ установках равномерного нагрева листовых термопараметрических материалов// Функциональные системы и устройства низких и сверхвысоких частот: Межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 53-57.

Журавлев Александр Николаевич

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОНВЕЙЕРНЫЕ СВЧ УСТАНОВКИ РАВНОМЕРНОГО НАГРЕВА ПРОИЗВОЛЬНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Автореферат Корректор ОА Панина

Лицензия ИД № 06268 от 14,11.01

Подписано в печать 08.09.04 Формат 60x84 1/16

Бум.тип. Усл.-печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 350. Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г.Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

;jî 1715 5

ВВЕДЕНИЕ.

1. Внутренняя краевая задача электродинамики и теплопроводности для СВЧ электротехнологических установок равномерного нагрева термопараметрических, материалов и методы ее решения.14

1.1 Математическая модель процесса взаимодействия ЭМГ волн в электротехнологических СВЧ установках равномерного нагрева с произвольными диэлектрическими материалами на основе ВСС.

1.2 Методы решения внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для сложных волноводных структур с частичным поглощающим заполнением.

1.3 Алгоритм и программа численного решения ВКЗЭиТ для квазистационарных ВСС, частично заполненных поглощающим СВЧ мощность материалом, на основе МКЭ.

1.4 Тестирование и модернизация алгоритма и программы численного решения ВКЗЭиТ для СВЧ-устройств равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов на основе ВСС.

2. Электродинамические свойства квазистационарных ВСС с частичным диэлектрическим заполнением и их применение в электротехнологических процессах СВЧ термообработки.81

2.1 Исследование электродинамических свойств и ^ структуры электромагнитного поля полых квазистационарных одно и многогребневых волноводных структур

2.2 Расчет и проектирование плавных согласующих переходов между прямоугольным волноводом и многогребневыми волноводными структурами с П-выступом и квазистационарными ВСС.

2.3 Структура ЭМГ поля в квазистационарных ВСС и МГВ с частичным диэлектрическим заполнением.

3. Электротехнологический процесс нагрева термопараметрических материалов в конвейерных СВЧ нагревательных установках на основе квазистационарных ВСС.148

3.1 Моделирование СВЧ установок равномерного нагрева листовых термопараметрических материалов поперечного типа на основе ВСС.

3.2 Оптимизация конструкции СВЧ установок равномерного нагрева произвольных поглощающих ЭМГ мощность диэлектрических термопараметрических материалов.

3.3 Структура теплового поля в термопараметрическом материале при конвейерной СВЧ термообработке в установке поперечного типа на основе квазистационарных ВСС.

3.4 Управление электротехнологическим процессом нагрева термопараметрических материалов в конвейерных СВЧ установках поперечного типа на основе ВСС.

Актуальность темы диссертации.

Одним из широко распространенных электротехнологических процессов термообработки является нагрев диэлектрических материалов посредством энергии СВЧ поля. Добиться увеличения скорости термообработки диэлектрических материалов, повысить интенсивность нагрева в установках СВЧ нагрева можно обеспечив однородную плотность тепловых источников в объеме обрабатываемого материала. Задача обеспечения равномерного нагрева распадается на две части: обеспечение однородной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала (qv =const) и теплоизоляция нагреваемого материала. Наиболее трудоемкую часть представляет задача обеспечения qv = const, которая состоит из двух частей - qs= const и qL = const. Первая часть обеспечивается выбором соответствующей волноводной системы, а вторая путем продольного изменения геометрии камеры в соответствии с требуемым законом изменения затухания по длине нагревательной системы.

Одним из перспективных классов волноводов сложного поперечного сечения являются многогребневые волноводы (МГВ), которые выделяются среди ВСС большим количеством степеней свободы, что позволяет наиболее эффективно управлять структурой ЭМГ поля в поперечном сечении РК. В связи с этим исследование электродинамических и тепловых свойств МГВ и квазистационарных ВСС с частичным диэлектрическим включением представляет существенный практический интерес. Однако, в силу сложности граничных условий, невозможно применение аналитических методов для анализа электродинамических и тепловых свойств квазистационарных ВСС и МГВ с частичным поглощающим СВЧ мощность заполнением и особенно при частичном термопараметрическом заполнении, а методы экспериментального исследования достаточно дороги, то представляется актуальным разработка и проведение численных расчетов электродинамических и тепловых процессов в квазистационарных ВСС и многогребневых волноведущих структурах и создание на их основе нового класса СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов.

Цель работы: Проведение комплексных исследований электродинамических свойств и структуры ЭМГ поля квазистационарных ВСС и многогребневых волноводов и создание на их основе нового перспективного класса электротехнологических СВЧ установок поперечного типа с равномерным нагревом произвольных тонкопленочных и листовых диэлектрических материалов. Исследование процесса нагрева термопараметрических материалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе нагрева в СВЧ установках на основе квазистационарных ВСС. Оптимизация конструкции рабочей камеры данных установок, направленная на минимизацию отражения СВЧ мощности от входа РК и достижения наиболее высокого темпа нагрева обрабатываемого материала. Автоматизация процесса численного расчета и построение согласующих переходов между стандартными волноводами и квазистационарными ВСС или МГВ, позволяющие осуществить неотражающую передачу СВЧ мощности от генератора в РК СВЧ установки, выполненной на основе ВСС или МГВ. Научная новизна:

- разработаны оптимизированный алгоритм и программа численного решения совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для квазистационарных ВСС или МГВ, частично заполненных термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность, диэлектрическим материалом, позволяющие провести комплексное исследование электродинамических и тепловых свойств данных волноводных структур с учетом характера изменения электрофизических и тепловых параметров материала в рабочем диапазоне температур;

- проведены комплексные исследования диапазонных свойств собственных электродинамических параметров и структуры электромагнитного поля МГВ с частичным диэлектрическим включением, позволяющие оценить возможность использования многогребневых волноводов как базовых элементов рабочих камер СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов и различных устройств СВЧ (аттенюаторы, фазовращатели, оконечные согласованные нагрузки и т.д.);

- установлено, что изменением геометрии П - выступов и их взаимного расположения в МГВ можно достичь увеличения коэффициента заполнения волновода - 77, то есть области существования однородного электрического поля в поперечном сечении МГВ по сравнению с квазистационарными ВСС (прямоугольный волновод с Т-ребром, якорный и секторный волноводы и др.), что позволяет использовать данные волноводы для создания СВЧ установок равномерного нагрева более габаритных диэлектрических материалов, особенно на частотах 433 и 915 МГц

- проведены комплексные исследования. процесса нагрева конкретных термопараметрических материалов в конвейерных электротехнологических СВЧ установках поперечного типа на основе прямоугольного волновода с Т-ребром и установлено, что изменение температуры нагрева материала происходит только в направлении его перемещения и по нелинейному закону, при этом характер изменения температуры однозначно определяется зависимостями электрофизических и тепловых параметров обрабатываемого материала в рабочем диапазоне температур;

- предложена методика прямого автоматизированного численного расчета продольной геометрии плавных согласующих переходов между стандартными волноводами (СВ-прямоугольный, цилиндрический волноводы и др.) и ВСС или МГВ, позволяющие осуществить неотражающую передачу СВЧ мощности от генератора, выход которого, как правило, выполнен на основе СВ в рабочую камеру СВЧ нагревательной установки, выполненной на отрезке нерегулярного ВСС или МГВ;

- установлено, что неотражающая передача СВЧ мощности в РК СВЧ нагревательной установки на основе ВСС или МГВ во всем доминантном диапазоне длин волн СВ может быть осуществлена только посредством СП с нелинейным изменением геометрии перехода в направлении распространения ЭМГ волны, при этом превалирующее влияние на диапазонные свойства СП оказывает изменение* внутренней геометрии перехода (например П-выступа в МГВ);

- предложена методика расчета продольного изменения волнового сопротивления рабочих камер СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов на основе квазистационарных ВСС и МГВ, базирующаяся на методе эквивалентных схем и позволяющая оценить уровень согласования РК с генератором при изменении продольного профиля камеры, при котором достигается однородная плотность тепловых источников в объеме обрабатываемого материала;

- установлено, что наиболее плавное монотонное изменение волнового сопротивления в рабочих камерах СВЧ установок равномерного нагрева термопараметрических материалов на основе квазистационарных нерегулярных ВСС в направлении распространения основной волны волновода наблюдается при одновременном нелинейном изменении как внешней, так и внутренней геометрии рабочей камеры, что позволяет минимизировать отражение СВЧ мощности по длине РК.

Практическая значимость:

- даны практические рекомендации по построению оптимальных конструкций СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов применительно к заданному технологическому процессу термообработки;

- даны практические рекомендации по построению согласующих переходов со стандартных волноводов на МГВ или ВСС, что позволяет решить задачу неотражающей передачи СВЧ мощности в РК электротехнологической СВЧ установки на основе МГВ или ВСС;

- предложены конкретные СВЧ установки равномерного нагрева термопараметрических материалов (белок и желток куриного яйца, говядина) на основе ПВТР и МГВ, в которых обеспечивается наиболее плавное изменение волнового сопротивления по длине рабочей камеры;

- даны практические рекомендации по нагреву термопараметрических материалов (пищевые продукты, полимерные материалы) в СВЧ нагревательных установках конвейерного типа на основе ПВТР;

- даны практические рекомендации по использованию многогребневых волноводов в качестве базовых элементов рабочих камер электротехнологических СВЧ нагревательных камер электротехнологических СВЧ нагревательных установок с равномерным нагревом материалов, электрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе нагрева;

- результаты исследований внедрены в учебном процессе и НИР, проводимых кафедрой «Радиотехника» СГТУ, а также могут быть использованы на предприятиях радиоэлектронной промышленности: ГНПП «Алмаз - Фазотрон», СЭПО, НПП «Контакт» и др;

Апробация работы: Работа выполнена на кафедре «Радиотехника» Саратовского государственного технического университета в период с 1999 - 2004гг. Результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на:

- международной научно-технической конференции «Проблемы управления и связи», СГТУ, Саратов, 2000; научно-технической конференции «Электротехнология на рубеже веков» (Саратов 2001г.);

- международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития электронного приборостроения», ФГУП НПП «Контакт», Саратов, 2003;

- международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь», СГТУ, Саратов, 2004.

Публикации: По результатам исследований, проведенных в рамках данной диссертации, опубликовано 10 печатных работ. Структура и объем диссертационной работы: Диссертационная работа содержит 235 е., состоит из введения, трех глав, заключения, а также включает 82 рисунка и список литературы из 95 наименований.

Основные результаты и выводы по третьей главе диссертации:

• Предложена методика, позволяющая определить перспективность использования квазистационарных ВСС или МГВ в качестве базового элемента РК, обеспечивающей заданный электро--технологический процесс термообработки произвольного термопараметрического материала с помощью энергии СВЧ, а также диапазон изменения электрофизических свойств термопараметрического материала при котором сохраняется одномо-довая термообработка в установках стационарного типа.

• Показано, что одновременное нелинейное изменение внутренней и внешней геометрии РК позволяет достичь наиболее плавного изменения волнового сопротивления в направлении распространения волны.

• Установлено, что предложенный в данной работе подход к расчету и оптимизации РК на основе нерегулярных квазистационарных ВСС и МГВ позволяет создать перспективный класс высокоэффективных СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов как стационарного, так и конвейерного типов, а также реализовать на их основе наиболее сложный электротехнологический процесс равномерного нагрева термопараметрических материалов.

• Показано, что СВЧ установки на основе МГВ позволяют обеспечить электротехнологическую обработку более габаритных диэлектрических материалов чем в установках на основе квазистационарных ВСС, что принципиально важно при термообработке на частотах 433 и 915 МГц, на которых наблюдается более глубокое проникновение ЭМГ мощности в нагреваемый объект.

Показано, что температурное изменение тепловых и электрофизических параметров исследуемого термопараметрического материала приводит к нелинейному нарастанию температуры нагрева в направлении перемещения обрабатываемого материала.

Проведено комплексное исследование электродинамических и тепловых процессов в конвейерных установках равномерного нагрева термопараметрических материалов поперечного типа на основе квазистационарных волноводных структур сложного поперечного сечения.

Определена температура нагрева термопараметрических материалов (говядина, желток и белок куриного яйца, полиэтилен и полиметилакрилат) в конвейерной электротехнологической СВЧ нагревательной установке поперечного типа на основе ПВТР при постоянстве скорости перемещения обрабатываемого материала, что позволяет обеспечить заданный электротехнологический режим термообработки данных материалов.

Заключение

В работе проведено решение актуальной задачи СВЧ энергетики -построение РК электротехнологических установок, обеспечивающих равномерный нагрев термопараметрического материала не только в поперечном сечении, но и по его длине. Также изложены основные результаты и выводы диссертационной работы, которые заключаются в следующем:

• сформулирована совместная внутренняя краевая задача электродинамики и теплопроводности для рабочих камер электротехнологических СВЧ установок равномерного нагрева термопараметрических материалов на основе ВСС;

• проведен обзор существующих методов решения поставленной задачи, обоснован выбор метода конечных элементов и изложены его теоретические основы для решения ВКЗЭиТ.

• разработаны алгоритм и программа численного решения ВКЗЭиТ, а также алгоритмы автоматического, выбора степени дискретизации и пересчета на регулярную сетку и на их основе модернизирована программа численного решения ВКЗЭиТ а также приведены результаты ее тестирования, которые показали, что погрешность вычисления модернизированной программой^вА не превышает 2 - 3%;

• показано, что изменение геометрии и взаимного расположения гребней в МГВ, позволяет увеличить область однородного электрического поля в поперечном сечении волновода, а, следовательно, повысить коэффициент заполнения данных структур, что принципиально важно при построении РК электротехнологических СВЧ установок равномерного нагрева объемных диэлектрических материалов; исследованы диапазонные свойства МГВ (двугребневого, четы-рехгребневого, шестигребневого, восьмигребневого и десяти-гребневого волноводов) и установлено, что они обладают меньшими значениями критических длин волн основного и первого высшего типов, что позволяет использовать их для по строения РК электротехнологических установок для равномерного нагрева крупногабаритных диэлектрических материалов на частотах 433 и 915 МГц; предложена методика прямого автоматизированного численного расчета продольной геометрии плавных согласующих переходов между стандартными волноводами (СВ-прямоугольный, цилиндрический волноводы и др.) и ВСС или МГВ, позволяющие осуществить неотражающую передачу СВЧ мощности от генератора, выход которого, как правило, выполнен на основе СВ в рабочую камеру СВЧ нагревательной установки, выполненной на отрезке нерегулярного ВСС или МГВ; установлено, что неотражающая передача СВЧ мощности в РК СВЧ нагревательной установки на основе ВСС или МГВ во всем доминантном диапазоне длин волн СВ может быть осуществлена только посредством СП с нелинейным изменением геометрии перехода в направлении распространения ЭМГ волны, при этом превалирующее влияние на диапазонные свойства СП оказывает изменение внутренней геометрии перехода (например П-выступа в МГВ); предложена методика, позволяющая определить . перспективность использования квазистационарных ВСС или МГВ в качестве базового элемента РК, обеспечивающей заданный электротехнологический процесс термообработки произвольного термопараметрического материала с помощью энергии СВЧ, а также диапазон изменения электрофизических свойств термопараметрического материала при котором сохраняется одномо-довая термообработка в установках стационарного типа; показано, что одновременное нелинейное изменение внутренней и внешней геометрии РК позволяет достичь наиболее плавного изменения волнового сопротивления в направлении распространения волны; установлено, что предложенный в данной работе подход к расчету и оптимизации РК на основе нерегулярных квазистационарных ВСС и МГВ" позволяет создать перспективный класс высокоэффективных СВЧ установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов как стационарного, так и конвейерного типов, а также реализовать на их основе наиболее сложный электротехнологический процесс равномерного нагрева термопараметрических материалов; показано, что СВЧ установки на основе МГВ позволяют обеспечить электротехнологическую обработку более габаритных диэлектрических материалов чем в установках на основе квазистационарных ВСС, что принципиально важно при термообработке на частотах 433 и 915 МГц, на которых наблюдается более глубокое проникновение ЭМГ мощности в нагреваемый объект; показано, что температурное изменение тепловых и электрофизических параметров исследуемого термопараметрического материала приводит к нелинейному нарастанию температуры нагрева в направлении перемещения обрабатываемого материала; проведено комплексное исследование электродинамических и тепловых процессов в конвейерных установках равномерного нагрева термопараметрических материалов поперечного типа на основе квазистационарных волноводных структур сложного поперечного сечения; определена температура нагрева термопараметрических материалов (говядина, желток и белок куриного яйца, полиэтилен и полиметилакрилат) в конвейерной электротехнологической СВЧ нагревательной установке поперечного типа на основе ПВТР при постоянстве скорости перемещения обрабатываемого материала, что позволяет обеспечить заданный электротехнологический режим термообработки данных материалов.

1. Коломейцев В.А. Взаимодействие электромагнитных волн с поглощающими средами и специальные СВЧ-системы равномерного нагрева. //Дисс. на соискание ученой степени д.т.н., Саратов, 1999г., 432 с.

2. A.M. Кугушев, Н.С. Голубева, Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники: Электродинамика и распространение радиоволн. Учеб. Пособие для вузов.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.-368 с.

3. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М. .'Высшая школа, 1990. - 335 с.

4. Железняк А.Р. СВЧ -устройства на основе волноводов сложного поперечного сечения для равномерного нагрева диэлектрических материалов.// дисс. на соскание ученой степени к.т.н., Саратов, 2001.

5. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. // Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М. Изд-во «Советское радио», 1971г., 664 стр.

6. Коломейцев В.А., Комаров В.В. Микроволновые системы с равномерным объемным нагревом. Саратов изд. СГТУ 1997

7. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимации -М. Мир, 1986 318 с.

8. Цыганков A.B. Электротехнологические СВЧ установки равномерного нагрева диэлектрических материалов на волноводах сложных сечений.// дисс. на соискание ученой степени к.т.н., Саратов 2003.

9. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М. : Энергоиздат, 1981. - 416 с.

10. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1988. - 479 с.

11. Коломейцев В.А., Бабак В.В., Цыганков A.B. Расчет тепловых режимов радиэлектронной аппаратуры: Учеб. Пособие. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. 96 с.

12. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Л.:Энергия, 1968.

13. Арнольд Л.В. Михайловский Г.Х., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.:Энергия,15.1979.Дульнев Г.Н Тепло- и массообмен в электронной аппаратуре. — М.:Высшая школа, 1984.

14. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М.:Госэнергоиздат, 1956.

15. Hopfer S. The design of ridged waveguides // IRE Trans. — 1955. — Vol. MTT- 3, 1 5, — P. 20 — 29.

16. Shen Z. X., Low X. M., Li S. F. Transverse resonanse methode for analysing T-septum waveguides // Electronic Letters. — 1990. — 1 1. — P.78—79.

17. Сущих А. Л. Моделирование электромагнитных полей и расчет критических частот волноводов сложных сечений // Изв. вузов. Радиофизика. — 1995 — Т.38, № 9. — С. 969 — 981.

18. Гуревич Л. Г. Полые резонаторы и волноводы. — М.: Советское радио, 1952. — 256с.

19. Chen Т. S. Calculation of the parameters of ridge waveguides // IRE Trans. — 1957. — Vol. MTT-5, 1 1. — P. 12—17.

20. Godshalk E. M. A V-band wafer probe using ridge-waveguide // IEEE Trans. — 1991. — Vol. MTT-39, № 12. — P.2218 — 2228.

21. Коломейцев В. А., Комаров В. В., Скворцов А. А. Аналитические соотношения для определения критической длины волны доминантной моды прямоугольного волновода с Т-ребром.//Деп. в ВИНИТИ 16.10.96., № 3052 —В96,—11с.

22. Самарский А.А., Андреев В.Б. Разностные методы для эллиптических уравнений. -М.:Наука, 1976.

23. Самарский А.А. Гулик А.В. Численные методы.- М.: Наука, 1989.

24. Самарский А.А. Теория разностных схем. -М.: Наука, 1983.

25. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов.-М. Мир, 1979 392 с.

26. П. Сильвестер Р. Феррари Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров электриков. Москва Мир, 1986

27. Sung-Hsien Chang, Raberto Coccioli, Yongxi Qqian, Tatsuo Itoh A global finite element time - domain analisis of active nonlinear microwave circuits.// IEEE Trans, on microwave theory and techniques. Vol.47. No.12 December 1999, p.2410-2416.

28. Zorica Pantic-Tanner, J. £>cott Savage, D. R. Tanner, A.F. Peterson Two-Dimensional Singular Vector Elements for Finite-Element Analysis.//IEEE Trans, on microwave theory and techniques, vol.46, No. 2 FEBRUARY, 1998,P. 178-184

29. Jingwu Tang, Sh. D. Geimer, K.D. Paulsen, Evaluation of perfectly matched Layer mesh terminations in finite element bioelectromagnetic scattering computations.// IEEE Trans, on microwave theory and techniques. Vol.47. No.4 April 1999, p.410-415.

30. Yu Zhu, Andreas C.Cangellaris, Macro-elements for efficient FEM simulation of small geometric features in waveguide components.//IEEE Trans, on microwave theory and techniques. Vol.48. No.12 December 2000, p.410-415.

31. Romanus Dyczij-Edlinger, Guanghua Peng, Jin-Fa Lee A fast vector-potential method using tangentially continuous vector finite elements.// IEEE Trans, on microwave theory and techniques. Vol.46. No.6 June 1998, p.863-868.

32. Katz J. Novel solution of 2-D waveguides using the finite element method // Appl.Opt. 1982. - v.21. - N8.- p. 2747-2750.

33. Dibben D.C., Metaxas A.C. Finite element time domain analysis of multimode applicators using edge elements// Microwave Power, 1994, N 4, pp. 242 251.

34. Никольский В.В. Никольская Т.Н. Электродинамика и распространение радиоволн. М., Наука 1989-544с

35. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М., Высшая школа, 1992.-416с.

36. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов Москва Мир, 1977

37. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров.-М.:Наука, 1964.

38. Яковлев В.В. Особенности распространения электромагнитных волн в частично заполненных волноводах сложных сечений и устройства на их основе: Диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н. - М.: ИРЭ РАН, 1992.-226 с.

39. McAulay A.D. The finite element solution of dissipative electromagnetic surface waveguides 11 Int.J.Num Meth.Eng. 1977. №1. PI 1-5.

40. Хомяков С.В. Моделирование СВЧ-нагревательных установок с равномерным объемным тепловыделением на волноводах сложных сечений, частично заполненных поглощающим материалом.// дисс. на соскание ученой степени к.ф.м.н., Саратов, 1998.

41. Сабоннадьер Ж.К., Кулон Ж.Л. Метод конечных элементов и САПР М. Мир, 1989 - 190 с.

42. Галлагер Метод конечных элементов Москва "Мир" 1984

43. Яковлев В.В. Особенности распространения электромагнитных волн в частично заполненных волноводах сложных сечений и устройства на их основе: .Диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н. - М.: ИРЭ РАН, 1992.-226 с.

44. Комаров В.В. Исследование электродинамических и тепловых характеристик волноводов сложной формы поперечного сечения, частично заполненных поглощающим материалом -Диссертация на соиск. уч. ст. к.-ф.м.н. СГУ, Саратов, 1994 -189 с.

45. Уилкинсон, Райнш Справочник алгоритмов на языке АЛГОЛ Линейная алгебра Москва "Машиностроение" 1976

46. Wilkinson J.H. Global Convergence of Tridiagonal QR-algorithm with Oridin Shifts. Lin. Alg. And its Appl. I, pp. 409420 1968

47. Martin R.S., Peter G., Wilkinson J.H. The QR-algorithm for Band Symmetric Matrices. Numer. Math. 16, pp. 85-92, 1970.

48. Ortega J. M. An Error Análisis of Householder's Method for Symmetric Eigenvalue Problem. Numer. Math. 5, pp. 211-225, 1963

49. Дж. Форсайт, M. Малькольм, К. Моульер Машинные методы математических вычислений. Москва "Мир" 1980

50. Garbow B.S., Matrix Eigensystem Roiitines EISPACK Guide Extension. Vol 51 1977

51. Wilkinson J.H. Error Analysis of Floating-point Computation. Numer. Math., 2, pp. 319-340, 1960.

52. Metaxas A.C., Meredith R.J. Industrial microwave heating.-Peter Peregrinus Publishing, London, 1983.- 360 p.

53. Коломейцев В.А., Яковлев В.В. Диапазонные свойства установок СВЧ нагрева термопараметрических материалов на волноводах сложных сечений // Радиотехника. 1991. - №12. -С. 66-69.

54. Скворцов В.А., Цыганков А.В. Расчет критической длины волны основного типа Т-волновода с Т-ребром методом эквивалентных схем.// Молодежь и наука на пороге ХХТ века: Тезисы докладов. Саратов: Саратовский государственный университет, 1998.-с.54-55.

55. Коломейцев В.А., Яковлев В.В. Расчет электромагнитных полей рабочей камеры СВЧ нагревательной установки на Пволноводе // Изв. Вузов Сер. Радиоэлектроника, 1987.-N.9.-с.65-66.

56. Железняк А.Р., Журавлев А.Н., Аль-Азза Рами. «Тепловая изоляция обрабатываемого материала в СВЧ устройствах с бегущей волной на основе ВСС.» // Межвузовский научный сборник «Электро- и теплотехнологические процессы и установки», Саратов, СГТУ, 2003г

57. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн.-М. : Радио и связь, 1983. 296 с.

58. Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. Численные методы расчета электромагнитных полей свободных волн и колебаний в регулярных волноводах и полных резонаторах // Зарубежная радиоэлектроника. 1977. - N 5. - с. 43-76. - с. 43-76.

59. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермия Саратов: Изд. Сарат. Гос. Техн. Ун-та, 1998 - 408с.

60. Заргано Г.Ф. и др. Волноводы сложных сечений. М.: Радио и связь, 1986 124 с. •

61. Коломейцев В.А., Яковлев В.В. Синтез прямоугольного волновода с Т-ребром Саратов: СГТУ,1997.

62. Коломейцев В.А., Хомяков C.B., Журавлев А.Н.// «Аналитический расчет критических длин волн основного и первого высшего типа П-волновода».//Сборник трудов международной научно-технической конференции «Проблемы управления и связи», Саратов, СГТУ, 2000г.

63. Коломейцев В.А., Яковлев В.В. Плавные переходы для согласования прямоугольного волновода и прямоугольного волновода с Т-ребром // Радиотехника. 1990. - N2. - с. 86-90

64. Василенко Ю.Н.' и др. Характеристики четырехгребенча-тых волноводов // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1992. -N2. - с. 56-60.

65. Скворцов A.A. СВЧ-устройства на связанных волноводах для термообработки диэлектрических материалов.// Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Саратов: Саратовский государственный технический ун-т, 2003 г. 167с.

66. Гуревич Л.Г. Полые резонаторы и волноводы. -М.: Сов. радио, 1952.-256 с.

67. Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот, том.1, издательство «Сов. Радио» М 1965г.

68. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Под ред. Академика Н.Д. Девяткова. Учебник для студентов вузов, М., «Высш.шк.», 1970

69. Коломейцев В.А., Комаров В.В. Расчет параметров базовых элементов рабочих камер СВЧ нагревательных установок на волноводах сложных сечений // Современные проблемы применения СВЧ энергии : Сб. тр. науч.-техн. конф. Саратов, 1993. - С.61-62.

70. Kolomeytsev V.A., Yakovlev V.V. Family of operating chambers for microwave thermal processing of dielectric materials / Digests of 28th International Microwave Simposium (Montreal, Canada), 1993. - p. 181-186.

71. A.c. N491809 ( СССР ) установка для сушки сыпучих материалов / Некрасов А.Б. и др. // Б.И. 1975. - N42

72. Коломейцев В.А., Шакин К.В., Журавлев А.Н. // «Применение квазистационарных волноводов сложных поперечных сечений» // Региональный научный сборник «Актуальные проблемы электронного приборостроения», Саратов ФГУП «НПП Контакт»

73. Журавлев А.Н., Салахов Т.Р., Карпов Д.И. «Тепловые процессы в конвейерной СВЧ установке поперечного типа на основе ПВТР».// Межвузовский научный сборник «Функциональные системы и устройства низких и сверхвысоких частот», Саратов, СГТУ, 2003г.

74. Гинзбург.А.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. -М.: Пищевая промышленность, 1990. — 287с.

75. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов.-М.: Агропромиздат, 1988.-272

76. Хиппель А. Диэлектрики и их применение. М.Л. Гос-энергоиздат, 1959. - 336 с

77. Годовский Ю. К. Теплофизика полимеров. М.: Химия, 1982 -234с.

78. Сожин Б.И. Электропроводность полимеров. М.: Химия, 1965 -322с.

79. Казарновский Д.М., Яманов С.А. Радиотехнические материалы. М.: Высшая школа, 1972 - 230с.

80. Сатаров И.К., Комаров В.В. Микроволновые устройства с бегущей волной для термообработки диэлектрических материалов: Учебн. Пособие. — Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2000.-1 19 с.