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微波加热与干燥的计算方法

我们在设计或选用微波加热设备时,首先要估算一下设备的功率容量,因此要取得几个必要的数据:
1)加工物料的比热C。水的比热为1千卡/公斤/℃左右;
2)每小时要加工的物料重量W;
3)每小时要求蒸发的液体重量W;
4)蒸发液体的汽化潜热Q,水的汽化热为540千卡/公斤;
5)加工物料的介电常数ε。一般物料的介电常数为1~5。水的介电常数为80,玻璃及陶瓷根据不同的材料为2~2000甚至更大;
6)加工物料的介质损耗tgδ。一般在0.05~0.3之间,玻璃及陶瓷0.01~0.5。
1、物料加热所耗用的微波功率:
式中 P-耗用的微波功率,千瓦;
△T-物料的温升,度;
C-物料的比热,千卡/公斤/℃;
W-物料的重量,公斤;
t-微波作用的时间,小时
2、物料干燥需耗用的微波功率:
式中 P-耗用的微波功率,千瓦;
Q-液体蒸发潜热,或汽化热。水为540千卡/公斤;
注:其它参数与上式相同
3、电源总功率的估算:
根据以上二式所算出的功率P为理想情况下所需要的微波功率,实际上在微波加热器内,微波功率不可能全部为物料所吸收,将有一部分给加热器本身消耗,一部分损耗在馈送微波的波导内。使用行波型加热器时,未被物料吸收完的功率在终端被水负载所吸收,因此选择微波设备时,考虑到吸收效率,应适当加大容量。
P’= P/η式中P’-选择的微波加热设备功率容量,千瓦;
P-计算得到的微波功率,千瓦;
η-微波吸收效率,一般在50%~80%左右。
由于微波电子管将直流电能转换成微波能时,本身要消耗一部分电能,加热电子管阴极要消耗电能,电磁铁也消耗少量电能。因此微波加热设备所消耗的电源总功率就是上述这些部分的总和。
4、物料在不同微波频率下其吸收的微波功率:
P=(1/1.8) fE2εrtgδ*10-2式中P-单位体积的物料所吸收的功率;瓦/厘米3
f-微波频率,赫;
E-电场强度,伏/厘米;
tgδ-介质损耗系数;
εr-物料的介电常数。
由于电场强度在实际上难以测量得到,只能大略折算。例如,在矩形波导中,由于其阻抗为377欧姆,如微波功率为P(瓦),波导窄面尺寸为b(厘米)则物料温升计算:
式中f-微波频率,赫;
E-电场强度,伏/厘米;
tgδ-介质损耗系数;
εr-物料的介电常数;
d-物料的密度,克/厘米3;
C-比热,卡/克/度。
以上是一般的计算方法,在实际推广应用中,我们是通过试验来判断物料对微波吸收的情况。因此,限于我国目前的水平,许多物料的tgδ没有设备进行测量。根据经验一般按每千瓦微波功率每小时去水0.8~1.2公斤估算实际所需的微波功率大小。
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