ИЗЛУЧАТЕЛИ ДЛЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОНВЕКТИВНЫХ УСТАНОВОК. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
DOI 10.12737/2073-0462-2024-34-41 УДК 631.243.33:519.673
Ключевые слова:
электромагнитное поле сверхвысокой частоты, волновод, щелевой излучатель, радиационная эффективность.Аннотация
Исследования проводили с целью моделирования распределения электромагнитного поля для оценки эффективности трех видов излучателей по следующим параметрам: коэффициент стоячей волны, позволяющий сравнить согласованность излучателей; радиационная эффективность, показывающая величину энергии, передаваемой в зерновой слой; диаграмма направленности микроволнового поля, позволяющая оценить равномерность распределения поля в зерновом слое. Для оценки и сравнения рассматривали три типа волноводов: рупорные, прямоугольные с щелевыми излучателями; полукруглые с щелевыми излучателями. Моделировали распределение электромагнитного поля с использованием программы CST Microwave Studio. Применение рупорных волноводов в сверхвысокочастотных конвективных установках позволяет изготавливать достаточно простые устройства для обработки зерна. Коэффициент стоячей волны для рабочей частоты в этом случае равен 1,3, при радиационной эффективности 78 dB. Однако они не обеспечивают равномерность распределения поля сверхвысокой частоты на выходе из волновода, что сказывается на эффективности обработки зерна. Использование прямоугольных волноводов 55 мм × 110 мм с щелевыми излучателями обеспечивает более равномерное излучение электромагнитного поля во всём спектре типов волн. Коэффициент стоячей волны равен 1,0, а радиационная эффективность – 94,43 dB. Однако их применение требует дополнительных конструкционных разработок для обеспечения подвода теплоносителя в зону обработки. Полукруглые волноводы с щелевыми излучателями обеспечивают коэффициент стоячей волны, равный 1,0 на всём диапазоне частот от 2 до 3 ГГц. Радиационная эффективность составляет 94,28 dB. Равномерность распределения электромагнитного поля вдоль полукруглого волновода лучше, чем вдоль прямоугольного.
Литература
1. Impact of specific energy input of a 915 MHz microwave dryer on quality, functional, and physicochemical properties of different rice cultivars / R. M. Bruce, G. G. Atungulu, S. Sadaka, et al. // Cereal Chemistry. 2021. Vol. 98. No. 3. P. 557‒570. doi: 10.1002/cche.10398.
2. Abano E. E. Kinetics and Quality of Microwave-Assisted Drying of Mango (Mangifera indica) // International Journal of Food Science: [hindawi.com]. [2016]. URL: https://www.hindawi.com/journals/ijfs/2016/2037029 (дата обращения: 11.12.2023).
3. Microwave drying and grinding characteristics of wheat (Triticum aestivum) / S. G. Walde, K. Balaswamy, V. Velu, et al. // Journal of Food Engineering. 2022. Vol. 55. P. 271–276.
4. Беспалько В. В., Буряк Ю. И. Влияние предпосевной обработки семян микроволновым полем в сочетании с регулятором роста и биопрепаратом на посевные качества и урожайные свойства ячменя ярового // Зернобобовые и крупяные культуры. 2014. № 4 (12). С. 133-138.
5. Method and System of Pre-Sowing Microwave Treatment of Agricultural Crop Seeds / A. V. Kovalev, O. B. Spiridonov, I. E. Lysenko, et al. // International Journal of Engineering Research and Technology. 2020. Vol. 13. P. 3964-3969.
6. Dynamic Arches Destruction by a Bulk Material Flow Separator: A Case Study of the Separator Usage in Microwave Grain Processing Plants / A. A. Vasilyev, A. N. Vasilyev, D. Budnikov, et al. // Agronomy. 2022. Vol. 12. P. 997. URL: https://www.mdpi.com/journal/agronomy (дата обращения: 11.12.2023). doi: 10.3390/agronomy12050997.
7. Будников Д. А., Васильев А. Н., Васильев А. А. Проектирование рабочих зон установок СВЧконвективной обработки зерна путем электродинамического моделирования. Орёл: Картуш, 2022. 348 c.
8. Малахов А. Н., Вендин С. В. Устройство и способ управления СВЧ-обработкой семян на конвейерной ленте // Агроинженерия. 2021. № 4 (104). С. 59–65. doi: 10.26897/2687-1149-2021-4-59-65.
9. Li Z. Y., Wang R. F., Kudra T., Uniformity issue in microwave drying // Drying Technology. 2011. Vol. 29. No. 6. P. 652–660.
10. Колесников С. М., Трефилов Д. Н., Дементьев А. Н. Проектирование и оптимизация полоскового излучателя с использованием пакета CST Microwave Studio // Радиопромышленность. 2015. № 4. С. 98-106.
11. Фатеев А. В. Применение ПО CST Microwave Studio для расчёта микроволновых антенн и устройств СВЧ. Томск: ТУСУР, 2017. 115 с. URL: https://edu.tusur.ru/publications/7145 (дата обращения: 11.12.2023).
12. Янушкевич В. Ф. Антенны и устройства СВЧ. Новополоцк: ПГУ, 2009. 360 с.
13. Оценка величины СВЧ-мощности группирователя в повторном магнитном поле / К. А. Кузьмин, С. М. Морозов, И. В. Павлов и др. // Аграрный научный журнал. 2020. №6. С.98–104. doi: 10.28983/asj.y2020i6pp98-104.
14. Четвериков Е. А., Моисеев А. П., Лягина Л. А. Совершенствование способов возбуждения электромагнитного поля СВЧ-диапазона в установках сушки сельскохозяйственной продукции стационарного типа // Аграрный научный журнал. 2016. № 6. С. 70–72.
15. Пименов В. Ю., Вольман В. И., Муравцов А. Д. Техническая электродинамика. М.: Радио и связь, 2002. 536 с.
16. Исаев А. В., Бастрон А. В., Яхонтова В. С. Исследование влияния степени неравномерности нагрева семян рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты на их энергию прорастания и всхожесть // Вестник КрасГАУ. 2016. № 4 (115). С. 131–137.
17. Кузьмин К. А., Сокорева Е. В Перестраиваемый резонатор системы энергоотбора // Аграрный научный журнал. 2020. № 1. С. 65–67. doi: 10.28983/asj.y2020i1pp65-67.
18. Петров Р. В. Исследование магнитоэлектрического щелевого резонатора СВЧ-диапазона // Инженерная физика. 2012. № 1. С. 33-38.
19. Завалий А. А., Воложанинов С. С., Воложанинова Н. В. Разработка щелевого СВЧ-излучателя для обработки почвы, семян и растений // Инновационные технологии в науке и образовании: Конференция «ИТНО 2022». Ростов-на-Дону: ДГТУ-ПРИНТ, 2022. С. 69‒74.
20. Зиганшин Б. Г., Жданкин М. В., Белова М. В. Разработка и обоснование параметров СВЧ установки со сферическим резонатором для термообработки боенских отходов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2017. Т. 12. № 2 (44). С. 75–80. doi: 10.12737/article_59ad077c11ab76.96305845.
1. Bruce RM, Atungulu GG, Sadaka S. Impact of specific energy input of a 915 MHz microwave dryer on quality, functional, and physicochemical properties of different rice cultivars. Cereal Chemistry. 2021; Vol.98. 3. 557-570 p. doi: 10.1002/cche.10398.
2. Abano EE. Kinetics and quality of microwave-assisted drying of Mango (Mangifera indica). [Internet]. International Journal of Food Science: [hindawi.com]. 2016; [cited 2023, December 11]. Available from: https://www.hindawi.com/journals/ijfs/2016/2037029.
3. Walde SG, Balaswamy K, Velu V. Microwave drying and grinding characteristics of wheat (Triticum aestivum). Journal of Food Engineering. 2022; Vol.55. 271-276 p.
4. Bespalko VV, Buryak YuI. [The effect of pre-sowing seed treatment with a microwave field in combination with a growth regulator and a biological product on the sowing qualities and yield properties of spring barley]. Zernobobovye i krupyanye kul'tury. 2014; 4 (12). 133-138 p.
5. Kovalev AV, Spiridonov OB, Lysenko IE. Method and system of pre-sowing microwave treatment of agricultural crop seeds. International Journal of Engineering Research and Technology. 2020; Vol.13. 3964-3969 p.
6. Vasilev AA, Vasilev AN, Budnikov DA. Dynamic arches destruction by a bulk material flow separator: a case study of the separator usage in microwave grain processing plants. [Internet]. Agronomy. 2022; Vol.12. 997 p. [cited 2023, December 11]. Available from: https://www.mdpi.com/journal/agronomy. doi: 10.3390/agronomy12050997.
7. Budnikov DA, Vasilev AN, Vasilv AA. Proektirovanie rabochikh zon ustanovok SVCh-konvektivnoy obrabotki zerna putem elektrodinamicheskogo modelirovaniya. [Design of working areas of microwave convective grain processing plants by electrodynamic modeling]. Orel: Kartush. 2022; 348 p.
8. Malakhov AN, Vendin SV. [Device and method for controlling microwave seed treatment on a conveyor belt]. Agroinzheneriya. 2021; 4 (104). 59-65 p. doi: 10.26897/2687-1149-2021-4-59-65.
9. Li ZY, Wang RF, Kudra T. Uniformity issue in microwave drying. Drying Technology. 2011; Vol.29. 6. 652-660 p.
10. Kolesnikov SM, Trefilov DN, Dementev AN. [Design and optimization of a strip emitter using the CST Microwave Studio package]. Radiopromyshlennost'. 2015; 4. 98-106 p.
11. Fateev AV. Application of CST Microwave Studio software for calculating microwave antennas and microwave devices. [Internet]. TUSUR University. Tomsk: TUSUR. 2017; 115 p. [cited 2023, December 11]. Available from: https://edu.tusur.ru/publications/7145.
12. Yanushkevich VF. Antenny i ustroystva SVCh. [Antennas and microwave devices]. Novopolotsk: PGU. 2009; 360 p.
13. Kuzmin KA, Morozov SM, Pavlov IV. [Estimation of the magnitude of the microwave power of the grouping device in a repeated magnetic field]. Agrarnyi nauchnyi zhurnal. 2020; 6. 98-104 p. doi: 10.28983/asj.y2020i6pp98-104.
14. Chetverikov EA, Moiseev AP, Lyagina LA. [Improvement of methods of excitation of the electromagnetic field of the microwave range in drying plants of agricultural products of stationary type]. Agrarnyi nauchnyi zhurnal. 2016; 6. 70-72 p.
15. Pimenov VYu, Volman VI, Muravtsov AD. Tekhnicheskaya elektrodinamika. [Technical electrodynamics]. Moscow: Radio i svyaz'. 2002; 536 p.
16. Isaev AV, Bastron AV, Yakhontova VS. [Investigation of the influence of the degree of uneven heating of rapeseed seeds in an ultrahigh frequency electromagnetic field on their germination energy and germination]. Vestnik KrasGAU. 2016; 4 (115). 131-137 p.
17. Kuzmin KA, Sokoreva EV. [In a tunable resonator of an energy harvesting system]. Agrarnyi nauchnyi zhurnal. 2020; 1. 65-67 p. doi: 10.28983/asj.y2020i1pp65-67.
18. Petrov RV. [Investigation of a magnetoelectric slit resonator in the microwave range]. Inzhenernaya fizika. 2012; 1. 33-38 p.
19. Zavaliy AA, Volozhaninov SS, Volozhaninova NV. [Development of a slit microwave emitter for tillage of soil, seeds and plants]. Innovatsionnye tekhnologii v nauke i obrazovanii: Konferentsiya “ITNO 2022”. Rostov-na-Donu: DGTU-PRINT. 2022; 69-74 p.
20. Ziganshin BG, Zhdankin MV, Belova MV. [Development and justification of the parameters of a microwave installation with a spherical resonator for heat treatment of slaughterhouse waste]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017; Vol.12. 2 (44). 75-80 p. doi: 10.12737/article_59ad077c11ab76.96305845.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
