| 文檔介紹：微波加熱材料微波加熱原理微波是一種頻率在300MHz~300GHz之間的電磁波,根據(jù)聯(lián)邦通訊委員會關(guān)于減少通訊服務(wù)干擾的國際協(xié)議規(guī)定,應(yīng)用于科技、醫(yī)藥、工業(yè)以及制造業(yè)的常用微波加熱頻率為915MHz和2450MHz,其波長分別為和12cm。微波的加熱實質(zhì)是微波與物質(zhì)的相互作用,其機理是微波場內(nèi)物質(zhì)的自由分子轉(zhuǎn)動受微波場影響,產(chǎn)生自由電荷運動損耗、束縛電荷轉(zhuǎn)向極化損耗和不均勻界面損耗等介質(zhì)損耗,而達(dá)到從電能到熱能的直接轉(zhuǎn)化。以下面例子介紹:見圖1所示,在無微波場作用時,介質(zhì)偶極子雜亂分布,當(dāng)進(jìn)入微波場后,偶極子定向排列,并隨著高頻交變電磁場以每秒高達(dá)數(shù)億次的速度擺動。分子隨著不斷變化的高頻電磁場的變化方向重新排列,就必須克服分子原有的熱運動和分子間相互作用的干擾,產(chǎn)生激烈的摩擦。在這一過程中,微波能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)材料的熱能,宏觀表現(xiàn)為介質(zhì)材料溫度的升高。圖1無外場作用時介質(zhì)材料偶極子排布圖2微波作用下介質(zhì)材料偶極子的擺動微波加熱的特點從上述原理介紹可知,微波加熱是物料自身介質(zhì)損耗發(fā)熱,不需要經(jīng)過熱傳導(dǎo)過程。因此能在較短時間內(nèi)達(dá)到加熱效果,加熱速度快。微波場作用下分子隨著不斷變化的高頻電磁場的變化方向重新排列,克服了分子原有的熱運動和分子間相互作用的干擾,產(chǎn)生激烈的摩擦產(chǎn)生熱量,一旦停止微波后,摩擦停止,溫度升高停止,因此物理處理過程的熱慣性小。由于不同材料其介電性能不同,其在微波場下介質(zhì)損耗不同,因此體現(xiàn)為部分材料能夠被微波加熱而部分材料不能被微波加熱,即微波對物料加熱具有選擇性。微波加熱具有選擇性,如何判斷物料是否能被微波加熱顧名思義,微波選擇性加熱是指微波只能對部分材料進(jìn)行加熱而不能對某些材料進(jìn)行加熱。因此按材料性質(zhì)分為四大類進(jìn)行介紹:第一類是反射材料,一般為導(dǎo)體材料如金屬鐵塊、石墨壓制品等,其對微波具有反射作用,不能被微波加熱;第二類是透射材料,如石英、聚四***乙烯等材料,微波在此類材料表面部分被反射部分穿透而極少被吸收,因此不能或較難被微波加熱;第三類材料為吸波材料,如氧化銅,此類材料對微波具有良好的吸收能力,材料自身介電損耗高,因此能將微波中的電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。第四類材料為異質(zhì)材料,是近年的研究熱點之一。在微波冶金和材料合成領(lǐng)域,微波加熱的對象多為兩相或多相異質(zhì)材料,其作用機理十分復(fù)雜。此類材料的特點是在微波輻照下存在局域場增強效應(yīng),能夠引起放電、產(chǎn)生紫外光促進(jìn)光催化,這是微波輔助催化的一種新機理。值得一提的是,當(dāng)?shù)谝活悓?dǎo)體材料如鐵塊、銅塊、石墨塊被加工成粉末狀態(tài)時,其對微波具有十分好的吸收能力,并能在較短時間內(nèi)快速升溫至數(shù)百攝氏度甚至1000℃。因此物料是否能被微波加熱與物料本身特性有關(guān),也與材料的物理狀態(tài)有關(guān)。微波加熱是在二十世紀(jì)六七十年代開始發(fā)展起來的一項新技術(shù)。微波加熱通過增加材料分子運動的動能來使被加熱物體升溫,屬體積加熱,具有深度加熱、熱慣性小、控制容易的優(yōu)點,目前己在家庭、工農(nóng)業(yè)、橡膠、木材、醫(yī)療以及化學(xué)、新材料、微電子和公路等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,并拓展成為一門學(xué)科。微波與微波加熱機理微波是一種頻率極高(通常在300~MHz之間)、波長很短(通常在l~1000mm之間)的電磁波。中國目前用于工業(yè)加熱的微波頻率為915MHT~02450MHz,具體頻率可以根據(jù)加熱材料的形狀、大小、含水量來選擇。微波是指頻率在300MHz~300GHz、對應(yīng)波長λ為1000~1mm的電磁波[3]。目前,微波加熱技術(shù)通常使用的微波頻率為MHz波段和MHz波段,其加熱機理是依靠介質(zhì)材料自身損耗電磁能轉(zhuǎn)化為熱能,即微波在電磁場的作用下,介質(zhì)材料中的極性分子從原來的隨機分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向按照電場的極性排列取向,隨著交變電磁場的變化,導(dǎo)致介質(zhì)分子的劇烈運動和相互摩擦而產(chǎn)生熱量,使介質(zhì)溫度不斷升高。微波的特點:微波是一種高頻波。與低頻波相比,微波具有以下特點: 1:波長與尺寸的共度性微波的波長與人們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多物體具有可相比擬的長度,如鋼筆、手表、書本、碗筷等。這就是說,在微波的厘米波段,其微波波長約幾厘米至幾十厘米,在毫米波段的波長約為幾毫米的數(shù)量級,這與普通無線電廣播中的波長(為數(shù)百米)相比要短得多,即使是與調(diào)頻廣播(超短波)的電磁波相比也要短一些。因此,這時微波的傳輸線已不再是低頻時的2根金屬導(dǎo)線,也不是傳輸電視節(jié)目的普通視頻電纜了,而是一種被稱為波導(dǎo)的空心金屬導(dǎo)管(矩形或圓形截面),矩形截面的稱為矩形波導(dǎo)或方波導(dǎo),圓形截面的稱為圓波導(dǎo) 2:直線傳播 5與光波相似,微波以3*10km/s的速度沿直線傳播,遇到金屬物體時會產(chǎn)生反射或散射,遇到絕緣介質(zhì)時會穿透進(jìn)去并繼續(xù)向前傳播(透射),同時會產(chǎn)生部分反射,如圖2所示。對于不同材料,微波的穿透和反射是不一樣的。 3:可以穿透電隔離層微波能很容易穿透電離層并沿著直線向前傳播而不會產(chǎn)生強烈的反射 |
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