Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков

• Название: Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков
• Дата: 01.05.2022
• Размер: 2.15 Mb.
• Имя файла: 1_00676 (1).docx
• Тип: Диссертация; #506934
• страница: 14 из 23

Рабочиекамерылучевоготипадлямодификации ньютоновских жидкостей

Согласно п.4.3.1 к ньютоновским жидкостям относятся, например, растворы. Покажем, как можно рассчитать рабочие камеры для нетепловой модификации таких материалов.

Поток жидкости по трубе или водостоку может быть задан насосом или можно реализовать безнапорное движение. Для повышения экономиче- ской эффективности установки при прочих равных условиях предпочтение нужно отдать безнапорному движению. В этом случае гидравлическая сис- тема должна быть наклонена к горизонту под углом, обеспечивающим за- данное время ₀пребывания потока в зоне облучения рупорным излучате- лем. Расчеты безнапорных гидравлических систем приведены в [83].

Движение жидкости в рабочей камере может быть в потоке ламинар ным или турбулентным. Ламинарный поток требует достаточно равномерно- го распределения напряженности Е электромагнитной волны, в первую оче- редь в поперечном сечении модифицируемого объекта, с тем чтобы напря- женность по всей толщине обрабатываемого объекта была в пределах


0

Е

.
∆Е≤ Е≤ Е+ ∆Е

0 0 0

Выполнение этого условия по направлению потока легко обеспечива- ется с помощью излучающей системы или совокупности систем, располо-

женных вдоль направления потока.

То же требование необходимо обеспечить и при турбулентном потоке, однако турбулентный режим с его вихревым перемещением элементарных объёмов потока позволяет получить большую равномерность СВЧ обработ- ку модифицируемой жидкости и может быть рекомендован в первую оче- редь при прочих равных условиях.

Если жидкость при перемещении в КЛТ находится в емкостях, то о турбулентном режиме говорить не приходится. В этом случае про требова- ние к распределению электромагнитного поля в поперечном сечении потока справедливо все то, что сказано выше.

Пусть турбулентный поток жидкости в КЛТ облучается плоской вол- ной, создаваемой сектроиальным в плоскости Н, в плоскости Е или пироми- дальным рупорами (рис.4.10) с целью подавления жизнедеятельности бипо- лимеров (бактериальных клеток, микроорганизмов) (см.п.1.2.). В отноше- нии этого широко используемого технологического процесса в литературе нет сведений о требованиях к напряженности электрического поля Е элек-

тромагнитной волны, но известно, что Θ

пСаВсЧт.^{< Θ}

птаесптл. ^{, причем}

выдержки при Θ

_{пСаВсЧт.}не требуется.

Р

d

^{Приемная рупорная система} Приемная рупорная система
d
Приемная рупорная система

абв

в_р

d
где

Рис. 4.10. КЛТ для обработки проточных жидких сред: а – секториальный в плоскости Н рупор; б − секториальный в плоскости Е рупор; в– пирамидальный рупор; г– прямо- угольная труба; д – открытый прямой лоток; е – наклонное расположение лотка.

В случае прямоугольных рупорных излучателей поток пастеризуемой жидкости (молоко, соки и т.п.) следует перемещать в КЛТ в прямоугольной радиопрозрачной трубе или в открытом радиопрозрачном прямоугольном лотке. В таких каналах в число Рейнольдса (см.(4.13)) входит так называе-

мый эквивалентный диаметр

d_э. Определению подлежат геометрические

размеры гидравлического тракта, перепад давления, который необходимо создать на его входе и выходе, и мощность СВЧ генератора.

При турбулентном потоке в КЛТ СВЧ пастеризаторе габариты потока,

подвергаемого СВЧ модификации, можно принять равными

р^bр

d, где

а_р b_р− размеры апертуры рупора, d− толщина потока (высота трубы гид-
равлического канала). В таком случае для прямоугольной тубы [83]

а для открытого лотка

^dэкв

₌ 2b_рd b_р+ d
, (4.29)

^dэкв

₌ 2b_рd b_р+ 2d
. (4.30)

Подставляя (4.29) и (4.30) в (4.13) и принимая во внимание, что

υ= ^G0 ,

b_рd

где − скорость потока на выходе из гидравлического тракта;

G₀ − требуе-

мая производительность КЛТ, из (4.13) получим для прямоугольной трубы

и для открытого лотка

d−= ^2G0 b

Re ^р
(4.31)

Здесь Re > 2300.

0d,5= ^2G0 − b

ν Re ^р
(4.32)

Что касается

р₁ , то согласно (4.16) при

₆ = ₁, ∆

0 имеем

р₁ ρgh, (4.33)
а с учетом (4.21) − (4.24) можно положить

3
h=υH² , (4.34)
гдеН− коэффициент, зависящий от коэффициентов Дарси и геометрии уча- стков гидравлического тракта,

υ =,<sup>Р

3 рdΘρb</sup>С^сВЧпаст.

(4.35)

Р−мощность СВЧ генератора; dопределяются по (4.31) или (4.32).

Подставив (4.34), (4.35) в (4.33), получим

р₁ =. ₍

ghР² bсρg_рdΘ

СВЧ
паст.⁾²
(4.36)

Таким образом, в СВЧ пастеризаторе на КЛТ соотношение (4.36) оп- ределяет связь перепада давления на входе и выходе гидравлического тракта

р₁, мощности СВЧ Ри температурного напора Θ

блюдается СВЧ пастеризация потока жидкости.

_паст.С, _Вп_Чри котором на-

Рассмотрим далее случай, когда жидкость при модификации практиче-

ски не нагревается, но в электромагнитном поле КЛТ с

Е₀ ± ∆Е₀

находится

τ ₀ ± ∆τ ₀

секунд.

Если на верхней поверхности модифицируемой жидкости (рис.4.10)

напряженность Е₁

Е₀ + ∆Е₀ , а на нижней поверхности Е₂

(Е=₀)

∆Е+₀ е

αd_,

то принимая во внимания, что

2∆Е₀

αЕ₀
< 1, для толщины слоя жидкости полу-

чим соотношение, аналогичное (4.6)
d
^2∆Е0 , (4.37)

αЕ₀

где α определяется по соотношению (2.14).

Габариты модифицируемого объёма жидкости с учетом распределения

напряженности Ев апертуре рупорного излучателя будет
dопределяется соотношением (4.37). Тогда

( _р2 ₁) ×−b_р× d ,

2(

G=.

_ра2

( <sub>0

1</sub>)bх_р∆E₀

∆ατ±₀τ)E₀
(4.38)

Если G <G₀, то следует в направлении движения модифицируемой жидкости разместить N рупорных излучателей (рис.4.12), так чтобы

,
N= ^G0

G

(4.39)

где Gопределяется по соотношению (4.38), а

р₁ с учетом (4.16) при _{6 1},

∆ 0 и h=,H² υ= ^G0

, имеет вид

Nb_pd
р₁ =

gHGρ²


0
.

Nb_pd

Наложение условия(4.1) на толщину слоя d, допускает любой характер дви- жения жидкости в гидравлическом тракте.

3. Рабочиекамерылучевоготипадлямодификации неньютоновских жидкостей

Согласно п. 4.3.1 к неньютоновским жидкостям относятся дилатант- ные, псевдопластичные и вязкопластичные жидкости. Пока что эксперимен- тально установлена возможность нетепловой модификации лишь у поли- мерных материалов. Таким образом, можно говорить о рабочей камере нете- пловой модификации лакокрасочных синтетических материалов, являющих- ся делатантными жидкостями.

Расплавы полимеров (псевдопластичные жидкости) можно получить нагревом с помощью энергии СВЧ электромагнитных колебаний, но по на- шему мнению пока что нет оснований говорить об их нетепловой модифи- кации. Нет сведений об обнаружении нетепловой модификации двухфазных полимерных электроизоляционных материалов (вязкопластичных жидко- стей).

В таком случае в отличие от КЛТ для СВЧ пастеризации, где из-за турбулентного течения жидкости ширина лотка (трубы) может быть выбрана по размеру апертуры рупорного излучателя, ширина трубопровода с прямо- угольным поперечным сечением в КЛТ для модификации неньютоновских

жидкостей должна быть не больше зоны излучения, где
Е₀ ∆Е₀ ≤ Е≤ Е₀ ∆Е₀ .

Сечение трубопровода и зоны облучения при различном расположе- нии антенного излучателя относительно транспортной трубы для этих КЛТ те же, что и приведенные на рис. 4.10. Расчет КЛТ можно провести по соот- ношениям (4.37) − (4.39), но в гидравлических расчетах с помощью соотно-

шений (4.15), (4.16) следует учитывать кажущуюся вязкость

μ_э(п.4.3.1).

Возможное масштабирование КЛТ для нетепловой модификации неньютоновских жидкостей показано на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Масштабирование КЛТ