微波加热与干燥的计算方法

    南京汇研微波系统工程有限公司  崔军   
　
　 　
   在设计或选用微波加热设备时，先要估算一下设备的功率容量。首先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。
        a.  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
         b.  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；
                  其它参数同上式
         c.  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。
          d 物料在不同微波频率下其吸收的微波功率：
            P＝(1/1.8 ) fE2εr tgδ*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。
       以上时一般的计算方法，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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