книги / Элементы и устройства систем низких и сверхвысоких частот
..pdfУДК 621.365.5. О .П .Козлова
РАСЧЕТ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА С СВЧ ЭНЕРГОПОДВОДОМ НА БАЗЕ КАМЕРЫ ЛУЧЕВОГО ТИПА
Каталитический реактор с СВЧ энергоподводом [1] может быть собран на базе камер с бегущей волной не скольких типов.
Каталитический реактор на базе прямоугольного вол
новода, согнутого |
меандром, |
показан на рис.1,а. |
В |
||||
этом |
случае |
катализатор |
представляет |
собой плоский |
|||
слой |
размером |
ак х |
вк х ск |
а |
подвод СВЧ |
энергии к |
ка |
тализатору осуществляется в сечениях 1 и 2 от двух генераторов.
Если условно развернуть изогнутый |
волновод из п |
||||
секций |
в |
одну линию, то распределение |
СВЧ |
мощности |
Р |
= Р (х) |
от |
каждого генератора и суммарная |
мощность |
от |
двух генераторов показана на рис.1,6. Пренебрегая от ражениями электромагнитных волн на участках согласую щих переходов от секции к секции и в сечениях 1 и 2, изменение СВЧ мощности от двух негогерентных генера торов можно записать в виде
Р(х)=Р0(е-2а‘+е~м,к"-х)),
(1 )
где а - постоянная затухания в волноводе, содержащем плоский слой катализатора в середине широкой стенки волновода параллельно узкой, причем [2]
it1aKs xq,tgScp
(2)
Здесь Sep1/ tg6Cp - диэлектрические параметры катализа тора, принятые средними на интервале рабочих темпера
тур; |
А |
- |
длина |
волны |
СВЧ генератора; |
а ~ размер |
широ |
|
кой |
стенки волновода. |
х = 0,5 пск в центральной секции |
||||||
Согласно |
(1) |
при |
||||||
волновода |
нагрев катализатора меньше, чем в секциях 1 |
|||||||
и п. |
Что |
касается равномерности нагрева, то, как по |
||||||
казано |
в |
[1], |
тепловыделение будет |
равномерным, |
если |
|||
ак ^ |
0/1а . |
мощность |
потерь Рп(х) в слое равна |
|
||||
Погонная |
|
-2ах+0-2а(жь-дс)^
(3)
где |
Р о " |
мощности каждого |
СВЧ генератора, тогда с уче- |
ТОМ |
(3) |
в адиабатическом |
приближении |
|
|
й |
Р |
|
|
Uexod _ |
г гввхо _ chonq, |
|
|
п |
р |
|
|
пцентр |
г щцепт |
где бн |
и |
б„-'цвипр |
температурные |
напоры поверхности в |
||
секциях |
1 и |
п (сечения 1 и 2), |
а |
Р„ вход и |
Р„ центр - по |
|
гонные |
мощности потерь в этих сечениях. Тогда |
|||||
|
|
с„=— |
ArchK=^~lg jJl+Jl~\ |
(4) |
||
|
|
" an |
an \ |
\ |
K 2) |
|
Po |
|
|
|
|
|
|
JT ~> |
|
|
|
|
|
|
e* |
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сечение 2 |
|
|
|
( |
|
|
|
po |
|
▼ |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/JO+e*"*) |
|
|
|
|
P0(l+e'2™-) |
Рис.1. Плоский слой катализатора в КЛТ на прямоугольном волноводе, изогнутом меандром
КПД по использованию СВЧ энергии равно |
|
^ , |
(5) |
а число секций меандрового волновода |
|
в к |
|
в . |
( б ) |
где вк -размер слоя катализатора, определяемый техно логическими требованиями на величину слоя, необходи мого для реализации каталитической реакциипри задан ном расходе рабочего газа.
Для рассматриваемой компоновки каталитического ре актора справедлива номограмма, показанная на рис.2.
Рис.2. Номограмма для расчета каталитического реактора на КЛ'Г.
Расчет ск может быть проведен следующим образом:
-‘задается максимально допустимый перепад темпера туры от секции к секции К3 ;
-но номограмме определяются q и апск;
-по (2) рассчитывают а для средних в рабочем диапозоне температур есрхf tg5 ср катализатора на разрешенных к применению в технологических уста
новках частотах 2450; 915; 433; 433МГц;
-по номограмме для каждой из указанных частот на ходят ск;
-но (6) находят л.
Объем катализатора на каждой из частот равен
|
|
|
|
|
|
|
|
(7) |
где |
индекс f |
показывает, |
для какой из |
разрешенных |
||||
частот |
найден |
объем |
катализатора, причем |
af х |
в£ |
- се |
||
чение |
прямоугольного |
волновода. |
|
|
|
|||
ных |
Наибольшие размеры поперечных сечений прямоуголь |
|||||||
волноводов |
на частоте |
2450МГц-110х55мм, |
на |
часто |
те 915МГц~292х146мм, на частоте 433МГц~620х310мм, так
что |
ак 2450*1 /Осы; ак 915 *3см; |
ак 433 * |
6см. |
то при |
за |
|||||
|
Поскольку в |
серийных |
волноводах |
а/в |
=2 |
|||||
данном |
вк |
по |
формуле |
(7) |
величина |
Vf определяется |
||||
только |
ск£, причем cKf=cKx с |
учетом |
уравнений |
(2), |
(4), |
|||||
(6) |
имеет |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
тем больше Л., чем больше в, а, значит, и ск , V£
ЛИТЕРАТУРА
1.Козлова О.П., Архангельский Ю.С., Симонов В.Ф. Раз работка каталитических реакторных устройств с СВЧ энергоподводом // Электротехнология на рубеже ве ков: Сб. научн. ст. по материал, конф. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. - С. 82-83.
2.Архангельский Ю.С. Установки диэлектрического на грева. СВЧ установки. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003.
УДК 621.385.01 |
С.А. Трачух |
|
В .Б .Байбурин |
ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ПУАССОНА |
|
Запишем уравнение Пуассона для прямоугольной об |
|
ласти (рис. 1): |
|
|
(1 ) |
Примем нулевые граничные условия |
^(«S')=0 |
S - граница
Р(х,у)
ЬW х
p(s)=o
Рис. 1. Прямоугольная область
В разностной форме уравнение Пуассона примет вид:
У м J ~ ^Уи + Vi-u , Фи* ~ ^Уи + У*J-l „ |
п |
/о \ |
|
h1 |
h1 |
p,j |
U) |
где p(J - известные значения в узлах сетки, h - шаг |
|
||
сетки. |
|
|
|
Выразим <ри : |
|
|
|
|
<P,j= |
•ft2 + |
+9,-и +9,ja+<Р,.Н) |
(3) |
|
|
Вычислительную схему (3) можно использовать для |
||||
решения уравнения Пуассона итерационным методом. |
|
||||
ным |
При решении дифференциальных уравнений итерацион |
||||
методом важен |
выбор |
затравочного |
решения. |
Если |
|
оно |
будет близко к |
искомому решению, то |
за счет |
этого |
|
можно сократить количество |
итераций. |
|
|
Рассмотрено два способа задания затравочного реше ния. В первом способе затравочные значения сеточной функции (<р*) принимаются равными значениям ри. Во вто
ром способе для получения затравочных значений приме
няется метод прогонки. |
Метод прогонки используется |
для определения значений |
сеточных функций вдоль каж |
дой вертикали сетки и вдоль каждой горизонтали. Затем для каждого узла, находящегося на пересечении гори
зонтали и |
вертикали, берется среднее |
от |
полученных в |
||||
этом узле методом прогонки значений. |
случаев pv, по |
||||||
Расчеты, проведенные |
для |
различных |
|||||
казывают, |
что |
оба |
способа |
обеспечивают |
значительное |
||
сокращение |
(в |
3-4 |
раза) |
числа итераций |
по сравнению, |
||
например, |
с другими возможными способами задания за |
||||||
травочных |
решений |
(случайные |
значения |
фу, |
нулевые зна |
чения фу~ 0) .
Число итераций целесообразно ограничить при выпол нении условия
(4) где фу*10 - максимальное значение на п+10 итерации, фу
- максимальное значение на п итерации.
Величину допустимой € можно оценивать следующим образом:
1) просуммируем все значения р0 и поместим суммарное значение в центральном узле сетки;
2)при этих условиях определяем I, как среднее зна чений <Ру в центральном узле, полученных при при менении метода прогонки по горизонтали и по вер тикали;
3)расчет показывает, что таким образом может быть
оценено максимальное значение фц . Примем величи ну \е\»0.0001•|/|, что приемлемо для многих практиче
ский |
задач. |
|
|
|
Рассмотрим пример. |
|
|
||
Пусть значения ру в узлах итерационной решетки за |
||||
даются в виде треугольника рис. 2. |
следовательно, |
|||
Для |
данного |
случая |
1=500, |
|
е= 0.0001•|/|=s0.05 . |
Условие |^,+1°- ф* д л я |
рассматриваемых |
||
случаев |
задания |
затравочного |
решения |
достигается уже |
на 190-270 приближении. Тогда как при задании нулево го затравочного решения фу- 0 условие достигается на 780-980 приближении. В данном примере условие
К +1°-^|<0.05 выполнилось на 200 приближении при выборе
первого способа задания затравочного решения и на 198 при втором способе.
Рис.2. Распределение значений р у в узлах итерационной решетки
(верхнее значение в каждом узле), задание затравочного ре шения по первому способу (нижнее значение в каждом узле)
<Р1= Ри
В результате вычислений для случая, представленно го на рис.2, получим следующее решение (рис. 3):
На рис. 3 цветом (в градации серого) каждого квад рата указано значение потенциала в узле (левая нижняя точка квадрата). Чем меньше значение потенциала, тем темнее квадрат.
В случае распределения pv, рис.4, используя первый метод задания затравочного решения, результат можно получить на 230 приближении. Если использовать второй метод задания затравочного решения, то - на 231 при ближении .
УДК 66.015.24 |
И.Н.Антонов |
|
А.В.Квон |
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СУЛЬФАТСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЕЙ
Развитие некоторых отраслей промышленности и экологическая обстановка в мире привели к возник новению ряда проблем, связанных с обезвреживанием и утилизацией промышленных отходов. В настоящее время для решения данного вопроса ведется поиск новых тех нологий и химических процессов. Эти исследования на правлены на предотвращение, загрязнения окружающей среды, то есть разработкой малоотходных или безотход ных производств, с использованием в промышленности в качестве исходных веществ безвредных или более безо пасных веществ по сравнению с теми, что применяются сейчас.
С этой же проблемой столкнулось производство орга нических удобрений, а именно с эффективностью применяемых ими методов для очистки промышленных стоков от органических соединений.
В связи с этим предложен электрофизический метод
обработки промышленных стоков. Этот метод, главным об
разом, |
основан на ультразвуковой обработке жидкости. |
Кроме |
этого, предполагается использовать озонирование. |
В |
технологическом процессе предлагается использо |
вать несколько способов воздействия на технологическую жидкость для достижения максимального результата очи
стки. |
Возможно, |
это приведет к вторичному использова |
||
нию химических-растворов в промышленности. |
|
|||
Подобная задача решается химическими методами. В |
||||
раствор |
добавляют либокоагулянты, которые |
воздейст |
||
вуют |
на |
органические вещества, вызывая сцепление их |
||
друг |
с |
другом. |
В результате крупные частицы |
выпадают |
в осадок и удаляются из жидкости. Либо катализаторы, которые ускоряют реакции окисления органических ве ществ. Однако процесс растворения веществ продолжите лен и трудно добиться равномерности распределения по всему объему, поэтому не всегда эффективно удаляются органические вещества. Кроме того, после реакции ка тализатор необходимо очищать, а приводит к некоторым осложнениям процесса обработки.
Предложен электрофизический метод - ультразвук, способный интенсифицировать многие физические и физи-