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。微波技術廣泛應用于雷達、導航、多路通訊、遙感及電視等方面。20世紀60年代開始,人們逐漸將微波加熱技術應用于紙類、木材、樹脂擠出等物理加工過程。近年,在鉬工業的生產過程中導入微波加熱技術,不僅可有效提高反應轉化率、選擇性,而且體現出節能、環保等諸多優點,其作為實現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,但在介質中可以轉化為熱量。材料對微波的反應可以分為四種情況: (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域中,所處理的材料大多是介質材料,而介質材料通常都不同程度地吸收微波能,介質材料與微波電磁場相互耦合,會形成各種功率耗散從而達到能量轉化的目的。能量轉化的方式有許多種,如離子傳導、偶極子轉動、界面極化、磁滯、壓電現象、電致伸縮、核磁共振、鐵磁共振等,其中離子傳導及偶極子轉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換成熱能,使自身整體同時升溫的加熱方式而完全區

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

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

    P = f·E2 ·εr ·tgδ (1)

    式中的εr 代表物質的介電常數。

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

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

    P = f·E2 ·εr ·tgδ (1)

    式中的εr 代表物質的介電常數。

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