книги / СВЧ-энергетика. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности

ными. Снятие ограничений на е' и в" и включение зави­ симости коэффициента диффузии П от температуры чрез­

вычайно усложняют решение; на практике, очевидно, необходимо проводить измерения, если диапазон возмож­ ных температур достаточно широк. Однако уравнение^(5) показывает важность параметра е' в процессах сушки и выдержки, сопровождающихся изменениями температу­ ры и фазового состояния. Метод определения ъс в виде

функции содержания влаги и температуры описан в разд. 5.1.19. В этом разделе также рассмотрены зависи­ мости постоянной поглощения а для мягких пород дерева.

На практике приходится иметь дело с нагревом сме­ шанных диэлектриков. Результаты, приведенные выше, остаются верными, если е' и е" интерпретируются как параметры смеси. Во многих случаях смесь*представляет целый комплекс и ее характеристики изменяются во времени двояким образом. Так, ес, для которой е" часто является наиболее важной составляющей, зависит от содержания влаги и температуры. Если е" уменьшается с температурой, то процесс нагрева стабилен (поглощение уменьшается с ростом температуры). Такие самоограниче­ ние и саморегулировка действуют, если мощность не поглощается при превышении определенной температуры (предварительно высушенное дерево имеет низкую вели­ чину е" только при низких температурах). Если, с дру­ гой стороны, е"пропорционально температуре смеси, то нагрев потенциально нестабилен. Условия как стабиль­ ного, так и нестабильного нагрева наблюдаются при ра­ боте с лесоматериалами'и в отдельных случаях (хотя и редких) при очень низких содержаниях влаги в нату­ ральной древесине происходит пересыхание.I.

III. Диэлектрические параметры

Довольно подробно диэлектрические свойства воды и физические методы, благодаря которым она связывается с другими диэлектрическими материалами, описаны в ра.

боте [131. Эта работа включает обширную^ библиографию по диэлектрическим свойствам воды и влажных материа­ лов. Вода имеет высокую диэлектрическую постоянную и коэффициент потерь, в то время как для высушенных дре­ весины, песка, пшеницы и многих других натуральных ма­ териалов эти величины низки. Таким образом, возможна вариация диэлектрической постоянной в широких преде­ лах в зависимости от смеси воды с этими материалами. Однако теория смешанных диэлектриков для льда, снега и воды показывает [14], что большинство влажных мате­ риалов обладает*большими величинами Ц6 и более низ­ кими значениями е'. Некоторые экспериментальные ис­ следования описаны в разд. 5.1.19. Результаты для мяг­ ких пород древесины, в частности дугласовой пихты и гембаля, приведенные здесь, очень хорошо согласуются с теорией, и можно полагать, что основной метод теоре­ тического предсказания диэлектрических свойств приме­ ним и к другим влажным материалам.

Обычно необходимо усреднение ес; это обусловлено широким диапазоном изменения'размеров древесных воло­ кон и структуры древесины, а также резко выраженным действием малых концентраций растворенных солей на величину еот (индекс т указывает на содержание влаги).

Приближение, которое выбрано здесь, имеет целью по­ казать на базе экспериментальных исследований основ­ ную форму для составляющих ет в зависимости от влаж­

ности, температуры, частоты и ориентации волокон. Не­ которые ограничения навязывают определенные решения; диапазон частот выбирается исходя из того, что мощные СВЧ-лампы (имеющиеся в распоряжении или разрабаты­ вающиеся) работают в пределах 0,9 < / < 10 Ггц. Экспе­

риментальные данные приводятся в литературе для не­ скольких дискретных частот. Диапазон температур, кото­

А. Вода. Диэлектрическая постоянная и коэффициент диэлектрических потерь чистой воды и влияние малых концентраций ЫаС1 показаны на фиг. 4. Величины, взятые из разных работ, усреднены. имеет отрицательный температурный коэффициент в интересующем диапазоне, что обеспечивает стабильность температуры в процессе

гембаля, и все три породы дерева могут рассматриваться в основном как материалы с одинаковыми СВЧ-свойст- вами. Следует отметить существенное влияние ориента­ ции структуры. Так, при расположении волокон парал­ лельно полю Е коэффициент потерь оказывается макси­ мальным в диапазоне влажности 6—30%, представляю­ щем наибольший■][ интерес (разд. IV). В общем случае 1&6 достигает^максимума при точке насыщения волокон.

Выше точкиунасыщения волокон вода становится «сво­ бодной». В работе 119] высказано предположение, что при изменении связи между водой и целлюлозой должен ожидаться рост изменения величин Аг'/йт и й&"/с1т. (В работах [13, 20]'указано, что это может служить по­ тенциальной основой для эффективной СВЧ-диагностики.

Гипотетическая зависимость, связывающая содержание воды с затуханием плоской волны, обсуждавшаяся в ра­ боте [19], была подтверждена для гембаля [15]. По су­ ществу изменения связи наблюдаются вблизи точки на­ сыщения волокон и при влажности 6%. Было также най­ дено, что это соответствует изменению в условии смеши­ вания воды с диэлектриком. Форма водной компоненты переходит от цилиндрической ^при 25% к круглой (в виде капелек) при 6% остаточной^влажности. Теоретические значения, приведенные в табл. 2, подсчитаны на этой основе исходя из теории смешанных диэлектриков [14, 21]. Хотя для мягких пород дерева величины йге!йТ не

известны, измерения по^нагреваиию и сушке на частотах 915 и 2450 Мгц, генерируемых мощным источником

(разд. IV), показали, что величины отрицательны при остаточной влажности выше нормальной (соответст­ вует условию стабильного нагрева с глубиной проникно­ вения мощности, увеличивающейся со^временем). В работе [15] показано, что величина йг"1йТ может становиться

положительной и расти для мягких пород дерева при со­ держании влаги ниже 6% как на частоте 2450, так и на частоте 915 Мец. Это подтверждается одной из последних

работ, которая будет обсуждаться в следующем разделе. В работе [19] отмечается, что пшеница в отличие от огне­ упорной глины при 12 и 20% {влажности имеет малую положительную величину д,гп1йТ на^частоте 10,688 Ггц.

Тот же эффект был обнаружен для твердых пород дерева. Твердое дерево имеет значительный положительный тем­ пературный коэффициент е" при содержании влаги ниже 7% [22]. Некоторые из данных, полученных при погло­

литературе не были известны данные о диэлектрических параметрах в диапазоне СВЧ для других древесных материалов в зависимости от температуры и содержания влаги. Однако накапливающиеся в лаборатории данные свидетельствуют о том, что выше точки насыщения во­ локон температурные свойства смеси те же самые, что и воды, находящейся в свободном состоянии. Это предпо­ ложение с [инженерной точки зрения хорошо согласу­

ется' с экспериментальными результатами, полученными на высоких^ уровнях мощности.

2. Клеи,~покрытия и их твердые компоненты. В СВЧ-

технике известны лишь некоторые параметры этих типов смесей. Во многих случаях поведение^необезвоженных ма­ териалов не зависит от частоты, и, затвердевая, они ста-

Величины являются средними для нескольких [образцов, (а —"образец покрыт твердым покрытием, имеет высокую температурную изоляцию для поддержания постоянного содержания\влаги (12%); б, в\—[влия­ ние уменьшения влажности н роста температуры на диэлектрические свойства при низких уровнях_влажности (по данным работы [7]).

новятся компонентами с низкими потерями. Меламино­ вые соединения и красящие составы’на их основе,*содержащие изобутиловый и я-пропиловый спирты, имеют большие значения 6, во многих случаях превышающие воды. Алкиды являются красками с очень низкими по­ терями, в то время как катализируемые лаки, в особен­ ности кислотные катализирующие компоненты, представ­ ляют собой материалы с высокими потерями. Некоторые