Технические науки/4. Транспорт

Смолин А.А.

Омский филиал военной академии тыла и транспорта

Использование СВЧ – нагрева топлива для обеспечения ускоренного и надежного пуска дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха

Как было указано выше, существующие на сегодняшний день методы облегчения пуска дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха не удовлетворяют современным требованиям ведения боевых действий. Как нам представляется, использование СВЧ – нагрева топлива и использование тепловой трубы для нагрева моторного масла, позволит соответствовать обеспечить надежный пуск дизеля в минимальные сроки.

В подавляющем большинстве случаев нагрев каких — либо физических тел производится путем передачи тепла снаружи во внутрь за счет теплопроводности [1].

Используя СВЧ – нагрев, при рациональном подборе частоты колебаний и параметров камер, где происходит преобразование СВЧ энергии в тепловую, можно получить равномерное выделение тепла по объему тела. Эффективность преобразования энергии электрического поля в тепло возрастает прямо пропорционально частоте колебаний и квадрату напряженности электрического поля. При этом следует отметить простоту подачи СВЧ энергии практически к любому участку нагреваемого тела.

Механизм нагрева материалов сверхвысокочастотной энергией основан на явлении поляризации - перемещении в некоторых ограниченных пределах связанных электрических зарядов - диполей. Под действием внешнего переменного электромагнитного поля в материале происходит их колебательное движение и переориентация, в результате которых возникают токи проводимости и смещения. Совокупность обоих явлений и обеспечивает нагрев материала.

Удельная активная мощность, определяющая количество тепла выделенного при СВЧ-нагреве в единице объёма материала рассчитывают согласно классическому закону Джоуля-Ленца по формуле:

(1)

Длина волны СВЧ генератора (магнетрона) может быть выбрана из условия:

(2)

где λ – длина волны;tgσ – тангенс угла диэлектрических потерь;ε – диэлектрическая проницаемость;l – толщина изделия.

Преимущества СВЧ – нагрева перед другими видами[2]:

- тепловая безынерционность, т.е. возможность практически мгновенного включения и выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал. Отсюда высокая точность регулировки процесса нагрева и его воспроизводимость;

- принципиально высокий КПД преобразования СВЧ энергии в тепловую, выделяемую в объеме нагреваемых тел. Теоретическое значение этого КПД близко к 100%. Тепловые потери в подводящих трактах обычно невелики, и стенки волноводов и рабочих камер остаются практически холодными;

- возможность осуществления и практического применения новых необычных видов нагрева - избирательного, равномерного, сверхчистого.

Основным генератором СВЧ энергии является магнетрон (электровакуумный генератор электромагнитных колебаний СВЧ, основанный на взаимодействии электронов, движущихся в магнитном поле, с возбуждаемыми ими электромагнитными полями. Основу его конструкции.составляет коаксиальный цилиндрический диод с внутренним электродом - катодом в однородном магнитостатическом поле, направленном вдоль его оси).

Для передачи энергии источника к приемнику используется как волноводные линии, так и свободное пространство. Волновод, по которому распространяется волна, представляет собой трубку круглого или прямоугольного сечения. Наиболее применим на практике волновод прямоугольного сечения[2,3].

Генерируемая мощность поступает по волноводу (линия связи) в рабочую зону, представляющую собой камеру (рабочая камера).

В устройствах СВЧ - нагрева находят применение резонаторные камеры в виде прямоугольных объемных резонаторов, линейные размеры которых в 5 — 6 раз превышают длину волны генератора. В подобном резонаторе может существовать несколько различных видов колебаний (более десяти), у каждого из которых свое распределение электрического и магнитного полей внутри объема резонатора. Такие резонаторы называются многомодовыми, т.е. в них может быть одновременно возбуждено несколько видов колебаний.

Размеры и параметры объемных резонаторов могут быть рассчитаны на ЭВМ и оптимизированы. Задача оптимизации состоит в том, чтобы выбрать такие размеры резонатора, при которых в нем можно было бы возбуждать только определенные виды колебаний, а интерференция между ними давала бы возможно более равномерное поле по объему. При этом возбуждающие колебания устройства должны устанавливать строго определенные соотношения между амплитудами тех видов колебаний, которые дают суммарное равномерное поле.

Существует несколько иной способ получения равномерности нагрева — это применение двух или более генераторов, работающих на разных, но обычно близких частотах, или введение изменения во времени генерируемой длины волны в некоторых возможных пределах ±dλ.

Чем ближе по шкале длин волн расположены виды колебаний рассматриваемого многомодового резонатора, тем меньшее изменение длины волны генератора оказывается достаточным для улучшения равномерности нагрева и получения равномерного электромагнитного поля в нем даже при слабой загрузке резонатора обрабатываемым диэлектриком.

Для СВЧ - нагрева наиболее пригодны такие многомодовые резонаторы, у которых резонансные длины волн различных видов колебаний расположены по шкале длин волн не сгустками, а возможно более равномерно. Это получается, когда размеры резонатора соизмеримы, но не равны, т.е. когда резонатор представляет собой параллелепипед, близкий к кубу.

Литература:

1. Брилинг, И.Р. Исследование рабочего процесса и теплопередачи в двигателях дизеля. [Текст] /Н.Р. Брилинг//. М., Л. ГНТИ 1981.

2. Вамберский, М.В. Передающие устройства СВЧ. Учебное пособие для радиотехнических и специальных ВУЗов [Текст] /Вамберский М.В., Казанцев В.И., Шелухин С.А. М.: Высшая школа, 1984. – 448 с.

3. Вибе, И. И. Новое о рабочем цикле двигателей / И.И. Вибе. - Свердловск: Машгиз, 1962.-272 с.