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微波加热功率如何计算?

作者:胜达日期:2018年5月10日 09:55
    我们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。