微波加熱的基本原理

    微波具有波長短( 1 m ～1 mm) 、頻率高( 300MHz～300 GHz) 、量子特性明顯等特征。微波技術(shù)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)航、多路通訊、遙感及電視等方面。20世紀(jì)60年代開始,人們逐漸將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于紙類、木材、樹脂擠出等物理加工過程。近年,在鉬工業(yè)的生產(chǎn)過程中導(dǎo)入微波加熱技術(shù),不僅可有效提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性,而且體現(xiàn)出節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點,其作為實現(xiàn)綠色工藝的手段之一而受到人們的廣泛重視。

    微波是一種能量(而不是熱量)形式,但在介質(zhì)中可以轉(zhuǎn)化為熱量。材料對微波的反應(yīng)可以分為四種情況: (1) 穿透微波; ( 2) 反射微波; ( 3)吸收微波。(4)部分吸收微波。

    一般在微波能加工領(lǐng)域中,所處理的材料大多是介質(zhì)材料,而介質(zhì)材料通常都不同程度地吸收微波能,介質(zhì)材料與微波電磁場相互耦合,會形成各種功率耗散從而達(dá)到能量轉(zhuǎn)化的目的。能量轉(zhuǎn)化的方式有許多種,如離子傳導(dǎo)、偶極子轉(zhuǎn)動、界面極化、磁滯、壓電現(xiàn)象、電致伸縮、核磁共振、鐵磁共振等,其中離子傳導(dǎo)及偶極子轉(zhuǎn)動是微波加熱的主要原理。微波加熱是一種依靠物體吸收微波能將其轉(zhuǎn)換成熱能,使自身整體同時升溫的加熱方式而完全區(qū)

別于其他常規(guī)加熱方式。傳統(tǒng)加熱方式是根據(jù)熱傳導(dǎo)、對流和輻射原理使熱量從外部傳至物料內(nèi)部,熱量總是由表及里地傳遞進(jìn)行加熱物料,物料中不可避免地存在溫度梯度,故加熱的物料不均勻,致使物料出現(xiàn)局部過熱,影響物料質(zhì)量及反應(yīng)過程,且加熱速度慢,能耗高。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方式不同,它是通過被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運動,產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”而使被加熱物料溫度升高,不須任何熱傳導(dǎo)過程,就能使物料內(nèi)外部同時加熱、同時升溫,加熱速度快且均勻,僅需傳統(tǒng)加熱方式的耗能量的幾分之一或幾十分之一就可達(dá)到加熱的目的。

    根據(jù)在單位時間單位體積的電介質(zhì)在微波中所產(chǎn)生的熱量( P)與電場強度( E) 、頻率( f)及電介質(zhì)的介電損耗系數(shù)( tgδ)之間的關(guān)系式

    P = f·E2 ·εr ·tgδ (1)

    式中的εr 代表物質(zhì)的介電常數(shù)。

從上式可以看出,物質(zhì)在微波場中所產(chǎn)生的熱量大小與物質(zhì)種類及其介電特性有很大關(guān)系,即微波對物質(zhì)具有選擇性加熱的特性。的幾分之一或幾十分之一就可達(dá)到加熱的目的。 

根據(jù)在單位時間單位體積的電介質(zhì)在微波中所產(chǎn)生的熱量( P)與電場強度( E) 、頻率( f)及電介質(zhì)的介電損耗系數(shù)( tgδ)之間的關(guān)系式

    P = f·E2 ·εr ·tgδ (1)

    式中的εr 代表物質(zhì)的介電常數(shù)。

    從上式可以看出,物質(zhì)在微波場中所產(chǎn)生的熱量大小與物質(zhì)種類及其介電特性有很大關(guān)系,即微波對物質(zhì)具有選擇性加熱的特性。