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: 15 из 23

Камеры лучевого типа для обработки сыпучих материалов

1. Движениесыпучегоматериалавкамерахлучевоготипа

Сыпучие материалы для увеличения производительности СВЧ уста- новки целесообразнее обрабатывать в методическом режиме. К транспорт- ным системам КЛТ предъявляются следующие основные требования:

− чтобы обеспечить заданный тип электромагнитной волны, сыпучий материал должен быть строго ориентирован в рабочей камере;

− устройство подачи сыпучего материала должно исключать возмож- ность излучения СВЧ энергии в окружающую среду.

Различают пять основных типов транспортных систем [85]:

− система, в которой имеет место трение скольжения со свободным положением объекта;

− система с транспортировкой модифицируемого материала в спе- циальных сосудах;

− система с проталкиванием объекта, когда используется трение скольжения и качения;

− система с транспортом объекта в потоке газа или жидкости во взвешенном состоянии, которое создается турбулентным потоком жидкости или газа, восходящим потоком газа, помещением объекта в движущуюся среду с высокой плотностью или вязкостью, подбрасыванием объекта при вибрации;

− конвейерная система с гибким тяговым органом (ленточные, пла- стинчатые и др.) и без гибкого тягового органа (винтовые, роликовые, транспортирующие вращающиеся трубы и др.).

Наиболее удачно удается решить проблему транспортировки в КЛТ, в которой сыпучий материал транспортируется по расположенной вертикаль- но или под углом к горизонту радиопразрачной диэлектрической трубе пря- моугольного сечения (рис.4.12). СВЧ установки с такими КЛТ получили

Рис. 4.12. КЛТ вертикального типа для модификации сыпучего полимерного материала

название вертикальных [86-88]. Главное их достоинство – отсутствие влия- ния транспортной системы на распространение электромагнитной волны КЛТ, так как сыпучий материал, транспортером подается в приемный бун- кер, а затем проходит КЛТ под действием силы собственного веса.

Основное отличие сыпучего материала от сплошной среды заключает- ся в его дискретности [89-92], а закономерности движения сыпучих мате- риалов существенно зависят от физико-механических свойств, формы и раз- меров частиц. В работе [89] в основу теории движения сыпучего материала в закрытом объеме положена дискретная модель сыпучего тела в виде сово- купности отдельных абсолютно твердых шаровых зерен, имеющих возмож- ность относительного передвижения и отвечающих следующим условиям: сыпучее тело состоит из одинаковых шаров, уложенных слоями перпенди- кулярно к оси трубы, размеры шаров малы по сравнению с поперечными размерами сечения трубы, укладка шаров слоями сохраняется в процессе движения сыпучего материала, объемный вес среды в процессе движения не меняется.

Допущение о малых размерах шаров позволяет не учитывать явление сводообразования, нарушающее процесс движения сыпучего материала в трубе.

Различают три вида движения сыпучего материала в трубе:

− несвободное перемещение сыпучего материала по трубе между дву- мя плоскими плунжерами (рис.4.13 а);

− гидравлическое истечение сыпучего материала (рис.4.13 б);

− нормальное истечение сыпучего материала (рис.4.13 в).

При несвободном движении все слои сыпучего материала сохраняют плоскую форму. Такой способ перемещения в КЛТ возможен, так как труба имеет постоянное поперечное сечение. Скорость сыпучего материала в про-

извольном сечении трубы при начальной скорости движения
[89]

υ₀ равны

z=υaz(υ)+ ,
где ускорение аимеет вид

P





абв
Рис.4.13 Движение сыпучих материалов по трубам: а − несвободное движение; б − гид- равлическое истечение; в − нормальное истечение

(P_aкeg^kl− P_в)

gа(cos

Θfs=−in

)+Θ

S(ρ1− e^−kl) ^.

Здесь g – ускорение свободного падения; Θ− угол между вертикалью ₁ и

осью трубыz;

P_a− движущее усилие;

P_в− противодавление; S− площадь

−+ ) ]f
поперечного сечения трубы; ρ− объемный вес сыпучего материала; к − ко- эффициент сопротивления движению, причем

1
к=._[

ftg( βψ)

где ψ − угол внутреннего трения; ftg− коэффициент трения сыпучего
материала о стенку; − угол внешнего трения частиц сыпучей среды о стенку; d – средний диаметр частицы сыпучего материала.

Более естественным, на наш взгляд, при модификации в КЛТ сыпучих

материалов является гидравлическое истечение сыпучего материала. В трубе постоянного сечения расход G, скорость в произвольном сечении υ (z)

и в выпускном отверстии

υ _нравны

G2=S,

(=)υ

z2
_н2=glυ,

, (4.40)

где l− длина трубы, S − площадь поперечного сечения.

Что касается нормального истечения, то для него характерно движе- ние сыпучего материала в центральной части трубы (рис.4.13 в). В то же время часть сыпучего материала, прилегающая к стенкам трубы остается не- подвижной. Образование таких застойных зон внутри КЛТ недопустимо, так как может привести к браку неподвижной части сыпучего материала.

Таким образом, для модификации сыпучих полимерных материалов в первую очередь можно рекомендовать гидравлическое истечение сыпучего материала.

2. Камерылучевоготипадлянетепловоймодификации сыпучего материала

Эксперименты по транспортировке сыпучего материала в СВЧ рабо- чих камерах для термообработки показали, что при гидравлическом истече- нии сыпучего материала слои сыпучего материала сохраняются, не переме- шиваются [9, 93]. По этой причине можно утверждать, что движение сыпу- чего материала подобно ламинарному, и для нетепловой модификации тре- буется, чтобы напряженность электрического поля электромагнитной вол-

ны по всему объему объекта была в пределах Е₀

∆Е≤ Е≤ Е₀

∆Е.

Если, например, размер апертуры рупорного излучателя

(рис.4.14), то объем сыпучего материала в зоне модификации составит

_р×b_р

( _р2 ₁) ×−b_р× d, где dопределяется по соотношению (4.37).

Тогда производительность КЛТ с учетом (4.40) равна

( _р−а=2G₁)dх2gB, (4.41)

С ы п учи й мате ри а

Рис. 4.14. КЛТ вертикального типа для нетепловой модификации сыпучего материала
где В−путь, пройденный сыпучим материалом при вертикальном распо-

ложении транспортной трубы за время фикации сыпучего материала

(τ₀ ± ∆τ₀ ) требующегося для моди-

_В= g( ₀

∆τ±₀τ)²

2

gτ₀²

≈ ₂
(1± 2

∆τ₀

τ₀
) , (4.42)

если

∆

⁰ < 1, и тогда по (4.41) с учетом (4.42) производительность равна

τ₀

( _р2 ) (1а±G−^∆=^τd)х. (4.43)

1 _τ0

Согласно(4.43), еслиG> G₀ , то надо уменьшить толщинуdсыпучего

материала. Так как dзависит в частности от tgδ сыпучего материала, а у ма-

териалов (полимеров), подвергаемых нетепловой модификации, tgδ обычно

мал, то величина d, рассчитанная по соотношению (4.37), может быть весьма значительной. Заметим, что уменьшение d способствует более равномерно-

му распределению напряженности Ев обрабатываемом слое. Разумеется, G₀

можно также уменьшить, выбрав Впо соотношению (4.42) при условии

τ ₀ ∆τ₀ , но такое изменение все-таки будет незначительным.

Если G<G₀ , то Gможно увеличить, выбрав Впо (4.42) при
τ₀ + ∆τ₀ .

Это изменение безусловно небольшое, но увеличивать ( _р

2 ₁) , d, ₀ , как

величины заданные, мы не можем. Радикальное увеличение Gможно обес- печить применением нескольких расположенных друг под другом вдоль

транспортной трубы N

Bb_р

рупорных систем или расположить парал-

лельно

К= GG₀ транспортных труб (рис.4.15).

Если СВЧ электромагнитная волна, приходящая на второй излучаю- щий рупор, создает на входе в слой сыпучего материала, перемещающегося

по второй транспортной трубе, напряженность Е<Е₀ ∆Е₀ , то следует ис-

пользовать дополнительный СВЧ генератор с мощностью

^Рдоп^.

N труб и рупорных излучателей
_Р^Рдоп
Р


G
G

Рис. 4.15 КЛТ вертикального типа для нетепловой модификации сыпучего материала с двумя транспортными трубами
Количество таких генераторов технических ограничений не имеет, по- этому можно получить любую требующуюся производительность установ- ки. Возможные ограничения могут быть только экономического характера. Экономический аспект в проектировании КЛТ и установок на их основе рас- смотрим в п. 5.