Диэлектрический нагрев

Диэлектрический нагрев - метод нагрева диэлектрических материалов переменным во времени электрическим полем. Если поле изменяется со сверхвысокой (СВЧ) частотой (в диапазоне 0,4 - 10 ГГц), то это СВЧ нагрев, если с частотой в диапазоне 10 - 100 кГц, то - ТВЧ нагрев (нагрев токами высокой частоты). ТВЧ нагрев диэлектриков проводят в конденсаторах, а СВЧ нагрев - в волноводах и объемных резонаторах. Т.к. глубина проникновения электромагнитного поля в диэлектрическую среду определяется частотой (чем выше частота, тем меньше глубина проникновения и наоборот), то на ТВЧ как правило глубина прогрева значительно больше, чем на СВЧ. Отличительной особенностью диэлектрического нагрева от нагрева кондуктивного (от греющей стенки) или конвективного (горячим потоком теплоносителя, воздухом например) является объемное тепловыделение в нагреваемой диэлектрической среде. Диэлектрический нагрев - объемный нагрев,однако не обязательно однородный. Если толщина прогреваемого слоя меньше глубины проникновения, то тепловыделение более однородно. При глубине проникновения меньшей, чем толщина прогреваемого слоя (что обычно характерно для СВЧ энергоподвода), то объемный нагрев не является однородным. Прогревается только слой, в который проникает электромагнитное поле. Более глубокие слои остаются непрогретыми.

Описание метода

Диэлектрический нагрев проводится следующим образом. Заготовка из диэлектрического материала (древесина, пластик, керамика) помещается между обкладками конденсатора. На конденсатор от специального мощного генератора подается напряжение высокой частоты (от 5 МГц и выше). Переменное электрическое поле между обкладками конденсатора вызывает поляризацию диэлектрика и появление тока смещения, который разогревает заготовку.

Преимущества

• Чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т.п.

• Высокая скорость разогрева.

• Выделение тепла идет во всем объеме заготовки, что важно для диэлектриков, обладающих плохой теплопроводностью.

Недостатки

• Сложность оборудования обычно более высока по сравнению с оборудованием для других методов нагрева. Ремонт и настройка требует квалифицированного персонала.

• Необходима электроэнергия, отсутствующая в полевых условиях.

Применение

• Сушка керамики, древесины (в т.ч. для производства музыкальных инструментов).

• Сварка пластмасс.

• Сушка клеевых швов.

• Разогрев почвы перед землеройными работами.

• Разогрев и приготовление пищи.

Установки диэлектрического нагрева

По сравнению с индукционным нагревом, применяемом для разогрева электропроводящих материалов переменным током частотой не более 30 МГц, диэлектрический нагрев проводится на более высоких частотах. В качестве генераторов применяются либо электронные генераторы на лампах (до 300 МГц), либо магнетроны (выше 300 МГц).

На полупроводниках установки диэлектрического нагрева не строятся, так как мощные транзисторы, работающие на высоких частотах, пока не разработаны.

В качестве обкладок конденсатора иногда применяют толстую фольгу, которую расстилают над и под заготовками.

См. также

Индукционный нагрев

Литература

• Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников, 2 изд., М. — Л., 1959.
• Высокочастотная электротермия. Справочник, М. — Л., 1965.
• Брицын Н. Л. Нагрев в электрическом поле высокой частоты, 3 изд., М. — Л., 1965.
• Бурак Я. И., Огирко И. В. Оптимальный нагрев цилиндрической оболочки с зависящими от температуры характеристиками материала // Мат. методы и физ.-мех. поля. — 1977. — Вып. 5. — С.26-30