СВЧ-устройства на основе волноводов сложного поперечного сечения для равномерного нагрева диэлектрических материалов

Исследование процесса взаимодействия электромагнитных волн с произвольными, поглощающими СВЧ мощность, диэлектрическими средами в квазистационарных волноводных структурах сложного поперечного сечения и создание на их основе малогабаритных, высокоэффективных, с высоким темпом нагрева микроволновых установок равномерного нагрева представляет собой актуальную и весьма перспективную задачу техники и энергетики СВЧ. Привлекательными аспектами волноводов сложных сечений таких как: П и Н-волноводыпрямоугольный волновод с Т-ребром (ПВТР) — подковообразный волновод (ПОВ) — якорный волновод (ЯВ) — секторный волновод (СВ) и другие являются — более высокая нежели у стационарных волноводов (СВ-прямоугольный, цилиндрический и др.) величина коэффициента широкополосности, что позволяет на их основе создать более универсальные установки равномерного нагрева стационарного типа и более оптимальные системы конвейерного типа для термообработки термопараметрических листовых материаловналичие четко выраженной области в поперечном сечении волновода, электрическое поле в которой не только однородно, но и при фиксированном уровне СВЧ мощности подводимой в ВСС обладает более высокой напряженностью, чем в СВ, что позволяет повысить уровень рассеиваемой в поглощающем материале ЭМГ энергии, то есть увеличить удельную плотность тепловых источников в объеме обрабатываемого материала. Кроме того, на заданной рабочей длине волны данные волноводные структуры имеют меньшие габариты поперечного сечения нежели СВ, что позволяет уменьшить габариты рабочих камер на основе ВСС, что принципиально важно при создании компактных микроволновых установок равномерного нагрева на рабочих частотах — Vo = 433 и 915 МГц ± 2,5%.

Как показано в работах [1−3], ВСС имеющие четко выраженный емкостной зазор относятся к волноводным структурам со многими степенями свободы, то есть они представляют собой более многофункциональные электродинамические системы нежели стандартные волноводы. Данное положение принципиально важно при создании микроволновых установок равномерного нагрева как стационарного, так и конвейерного типов. Это связано, во-первых, с тем, что равномерную термообработку произвольных, поглощающих СЕЧ мощность, диэлектрических материалов, как показано в работе 1], можно осуществить только в доминантном диапазоне длин волн, при распространении в волноводе единственной основной волны, при этом рабочая камера должна быть выполнена на отрезках нерегулярных волноводных структур, поскольку в регулярных волноводах с частичным поглощающим заполнением ЭМГ волна затухает по экспоненциальному закону, что не позволяет обеспечить однородную погонную плотность тепловых источников в направлении распространения волны. Во-вторых, как показано в работах 4,5], наиболее оптимальным путем достижения однородной погонной плотности тепловых источников — в объеме обрабатываемого материала является многопараметрическое изменение профиля поперечного сечения волновода в направлении распространения волны при котором удовлетворяется требуемое изменение коэффициента затухания по длине рабочей камеры [6,7], при котором qL = const, что может быть достигнуто только в микроволновых установках, рабочая камера которых выполнена на отрезках нерегулярных ВСС.

Таким образом, отмеченные выше преимуп1, ества квазистационарных вес по сравнению со СВ позволяют создать на основе ВСС новый перспективный класс малогабаритных высокоэффективных установок равномерного нагрева произвольных, поглопдающих СВЧ мощности, диэлектрических материалов, с учетом характера изменения электрофизических и тепловых параметров обрабатываемого материала в рабочем диапазоне температур. Создание данных установок требует установление критериев и путей достижения равномерного объемного нагрева произвольных диэлектрических материалов, проведение комплексных исследований электродинамических и тепловых свойств ВСС с частичным поглощающим заполнением на основе решения прямой внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для данных волноводных структур, определение условий оптимизации конструкций рабочих камер равномерного нагрева на основе ВСС.

Решение данной задачи значительно затруднено сложностью удовлетворения граничных условий на внутренней поверхности вес, что не позволяет получить аналитическое решение внутренней краевой задачи электродинамики для квазистационарных волноводов сложного поперечного сечения, частично заполенных диэлектрическим, поглощающим СВЧ мощность материалом и осо-чЛбенно при изменении его электрофизических свойств в процессе термообработки. При этом, как показано в работах [8,9], для нагреваемых в установках на основе ВСС образцов правильной геометрической формы (прямоугольной, цилиндрической и др.) возможно получение аналитического решения краевой задачи теплопроводности. То есть решение совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности, на основе которой определяется конструкция рабочей камеры равномерного нагрева, может быть осуществлена численным или комбинированным — численно-аналитическим методом, при этом основную трудность представляет решение задачи электродинамики для нерегулярных ВСС, частично заполненных, поглощающим СЕЧ мощность, диэлектрическим материалом. Это связано, как было отмечено выше со сложностью геометрии поперечного сечения ЕСС и соответственно удовлетворения граничных условий в данных волноводных структурах. Во-вторых, форма и габариты рабочей камеры микроволновой установки, а также режим термообработки определяются в основном собственными электродинамическими параметрами, а именно коэффиции ТЧ и ентом затухания — а и постоянной распространения — Р основной (доминантной) волны ВСС, величина которых зависит от множества параметров определяющих геометрию поперечного сечения волновода и заполняющего материала, электрофизических и тепловых свойств обрабатываемого материала, а также характера изменения данных параметров от температуры нагрева (термообработка термопараметрических материалов), от рабочей длины волны, на которой производится термообработка, уровня подводимой в рабочую камеру СЕЧ мощности, а также от скорости транспортировки материала (конвейерные микроволновые установки). Так в установках выполненных на отрезках нерегулярного прямоугольного волновода с Т-ребром (ПЕТР) предназначенных для непрерывной термообработки материалов с постоянными в процессе нагрева электрофизическими параметрами величина коэффициентов аир зависит от девяти параметров, а для термопараметрических материалов от семнадцати параметров, что значительно усложняет проведение анализа электродинамических и тепловых свойств данных волноводных структур и соответственно определение оптимальной геометрии рабочей камеры установки. Кроме того, если собственные электродинамические параметры произвольного волновода с частичным диэлектрическим, поглощающим СВЧ мощность, заполнением являются интегральными параметрами поперечного сечения, то структура ЭМГ поля носит дифференциальный параметр и для его определения необходимо вычислять составляющие векторов напряженности электрического и магнитного полей в каждой точке поперечного сечения волновода. Это приводит к необходимости учета особенностей поведения поля на сложных металлических поверхностях (условие на ребре, что специфично для квазистационарных ВСС) и границах раздела сред, что резко увеличивает объем вычислений при определении удельной плотности тепловых источников в обрабатываемом материале. Перечисленные факторы предъявляют жесткие требования к методу, алгоритму и программе численного решения совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для ВСС с произвольным диэлектрическим, поглощающим СВЧ мощность, заполнением направленные на сокращение оперативной памяти, увеличение быстродействия при одновременном повышении точности вычислений и не допущение возникновения ложных решений, особенно при многослойном диэлектрическом заполнении волновода.

В технике и энергетике СВЧ достаточно полно исследованы электродинамические свойства полых регулярных ВСС таких как: П и Н-волноводыэллиптический волноводпрямоугольный волновод с Т-ребромподковообразный волновод [10−15]. Однако недостаточно полно изучены электродинамические свойства ВСС при многослойном комбинированном заполнении «диэлектрик-поглотитель». Кроме того отсутствуют исследования процесса взаимодействия ЭМГ волн с диэлектрическими, поглощающими СВЧ мощность, средами в ВСС, электрофизические и тепловые свойства которых зависит от температуры нагрева. Заметим, что большой класс диэлектрических материалов [16−18] и процессов термообработки с помощью энергии СВЧ поля можно отнести к числу термопараметрических. К таким процессам в частности относятся: сушка влажных материаловвысокотемпературная обработка и спекание брикетированных порошкообразных образцоввулканизация резино-технических изделийполимеризация синтетических смолтермообработка различных полупроводниковых материалов и др. Исследования электродинамических и тепловых свойств ВСС с частичным термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность, диэлектрическим заполнением сдерживается отсутствием математической модели взаимодействия ЭМГ волны с конкретным материалом с учетом характера изменения электрофизических и тепловых параметров в рабочем диапазоне температур, эффективных методов решения совместной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для указанных волновод-ных структур. Проведение данных исследований представляет значительный интерес в технике и энергетике СВЧ, поскольку позволяет на их основе создать новый перспективный класс малогабаритных, высокоэффективных микроволновых установок равномерного нагрева широкого класса диэлектрических, поглощающих СВЧ мощность, материалов.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью данной диссертационной работы является создание оперативной математической модели процесса взаимодействия электромагнитных волн с поглощающими СВЧ мощность средами, электрофизические и тепловые свойства которых зависят от температуры нагрева, позволяющей описать электродинамические и тепловые свойства произвольных волноводных структур с частичным термопараметрическим заполнением. Разработка эффективного метода, алгоритма и программы численного решения совместной нелинейной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для ВСС, частично заполненных термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность, диэлектрическим материалом. Проведение комплексных исследований электродинамических и тепловых свойств указанных волновод-ных структур и создание на их основе нового перспективного класса малогабаритных, высокоэффективных установок равномерного СВЧ нагрева.

Методы исследования. Для решения вышеприведенных задач были использованы: метод конечных элементов с применением принципа Галеркина и взвешенных невязокметод Катхилла-Макки сведения разреженных матриц к ленточной форметеория графовобъектно-ориентированные методы вычисленийлинейная алгебраметоды математической физикикомбинированный численно-аналитический методметод разделения переменныхортогональные преобразования Фурьеметод эквивалентных схемграфоаналитический методметоды экспериментального исследования.

Научная новизна.

1. Предложена оперативная математическая модель процесса взаимодействия электромагнитных волн с поглощающими средами, элетрофизические и тепловые свойства которых изменяются в процессе термообработки, позволяющая описать электромагнитные и тепловые свойства нерегулярных ВСС с частичным термопараметрическим диэлектрическим заполнением.

2. Разработаны эффективный метод, алгоритм и программа численного решения совместной нелинейной внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для ВСС, частично заполненных термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность, диэлектрическим материалом, позволяющие провести комплексные исследования электродинамических и тепловых свойств данных структур.

3. Установлены причины возникновения и определены пути устранения ложных решений внутренней краевой задачи электродинамики для произвольных волновых структур с частичным диэлектрическим заполнением, возникающие при использовании численных методов решения ВКЗЭ и в частности метода конечных элементов с использованием принципа Галеркина и взвешенных невязок.

4. Определены основные условия и критерии достижения однородной удельной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала в рабочих камерах на основе нерегулярных вес как стационарного, так и конвейерного типов связанные с требуемым характером продольного изменения коэффициента затухания доминантной волны базового квазистационарного волновода сложного поперечного сечения.

5. Предложена методика численного расчета методом конечных элементов с применением принципа Галеркина и взвешенных невязок прямого возбуждения электромагнитных процессов в рабочих камерах выполненных на основе отрезков нерегулярных квазистационарных вес, позволяющий упростить конструкцию микроволновой установки равномерного нагрева на частотах 433 и 915 МГц ± 2,5%.

6. Установлены основные критерии и пути графоаналитического расчета продольной геометрии плавных согласующих переходов между стандартными волноводами (СВ), на основе которых выполнен вывод энергии большинства СВЧ генераторов и рабочей камерой выполненной на отрезках нерегулярных ВСС (переходы СВ — ВСС), позволяющие обеспечить направленную, неотражающую передачу.

ЭМГ энергии от генератора в рабочую камеру микроволновой установки равномерного нагрева диэлектрических материалов.

7. Определены особенности трансформации доминантной волны произвольного волновода при комбинированном многослойном заполнении «диэлектрик — поглотитель», которые позволяют определить оптимальный режим термообработки диэлектрического материала, включая и термопараметрического, поглощающего СВЧ мощность материала, в микроволновых системах равномерного нагрева при изменении продольной геометрии рабочей камеры.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

• даны практические рекомендации по оптимизации метода численного расчета рабочих камер микроволновых установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов выполненных на основе отрезков нерегулярных, квазистационарных волноводов сложного поперечного сечения;

• даны практические рекомендации по использованию квазистационарных вес в качестве рабочих камер нового перспективного класса малогабаритных, высокоэффективных микроволновых установок равномерного нагрева различных диэлектрических материалов, включая термопараметрические материалы, а также в качестве малогабаритных, широкополосных поглощающих элементов техники СВЧ;

• разработаны конструкции малогабаритных, высокоэффективных микроволновых установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов как стационарного, так и конвейерного типов на основе отрезков квазистационарных, нерегулярных волноводов сложного поперечного сечения таких как: прямоугольный волновод с Т-ребромП и Н-волноводыподковообразный волновод;

• разработаны оптимальные конструкции плавных согласующих переходов между стационарными волноводами, на основе которых осуществлен вывод энергии генератора СВЧ мощности, и волноводами сложных поперечных сечений, на базе которых выполнена рабочая камера микроволновых установок равномерного нагрева различных диэлектрических материалов;

• внедрена в практическое пользование методика численного расчета прямого возбуждения электромагнитных процессов в рабочих камерах микроволновых установок различных диэлектрических материалов выполненных на отрезках нерегулярных, квазистационарных ВСС;

• результаты работы внедрены в научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках, проводимых в Саратовском государственном техническом университете, в учебном процессе на кафедре радиотехники, а также на предприятиях — СЭПО (Саратовское электроагрегатное производственное объединение) и ГННП «Алмаз — Фазотрон» .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях: Symposium on antenna technology and applied electro-magnetic's (Winnipeg, Canada), 1992; «Актуальные проблемы электронных приборов» (Саратов — 1994, 1996, 2000) — «Современные проблемы радиотехники, управления и связи» (Саратов — 2000) — на V научно-технической конференции по проблемам применения СВЧ энергии в народном хозяйстве (Саратов — 1986) — на IV Всесоюзном семинаре по решению внутренних краевых задач электродинамики (Новороссийск — 1986) — на Всесоюзном семинаре «Современные проблемы СВЧ обработки и энергетики» (Москва — 1986) — на Всесоюзном семинаре «Математическое моделирование физических процессов в антенно-фидерных трактах» (Саратов — 1990) — на Всесоюзной конференции «Применение СВЧ энергии в технологических процессах и научных исследованиях» (Саратов — 1991) — на научно-техническом семинаре «Распространение и дифракция волн в неоднородных средах» (Смоленск — 1992).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано — 27 печатных работ, получено три авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем диссертации

Текст диссертации изложен на 251 странице, состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 62 рисунка, а также список литературы (97 наименований).

Основные результаты и выводы.

В данной диссертационной работе проведено решение актуальной задачи СВЧ энергетики, связанной с созданием математической модели процесса взаимодействия электромагнитных волн с термопараметрическими, поглощающими СВЧ мощность диэлектрическими материалами в волноводных структурах сложного поперечного сечения и создание на их основе нового перспективного класса малогабаритных с высоким темпом нагрева микроволновых установок равномерного нагрева диэлектрических материалов с учетом динамики изменения электрофизических и тепловых параметров обрабатываемого материала в рабочем диапазоне температур. В данном разделе кратко изложены основные выводы и новые научные результаты диссертационной работы, перспективы ее практического применения и внедрение.

• определены основные условия, положения и принципы достижения однородной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого с помощью энергии СВЧ поля материала, которые базируются на требуемой закономерности изменения коэффициента затухания доминантной волны, в направлении ее распространения;

• разработана математическая модель процесса взаимодействия электромагнитных волн с термопараметрическими, поглощающими СВЧ мощность диэлектрическими материалами, позволяющая исследовать электродинамические и тепловые свойства рабочих камер микроволновых установок равномерного нагрева на основе квазистационарных вол-новодных структур сложного поперечного сечения;

• предложен метод решения совместной нелинейной ВКЗЭиТ для волноводных структур сложного поперечного сечения, частично заполненных термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность диэлектрическим материалом, в основе которого лежат метод последовательных приближений и МКЭ с применением принципа Галеркина и метода взвешенных невязок;

• предложены алгоритм и программа численного решения внутренней краевой задачи электродинамики и теплопроводности для произвольных волноводных структур с частичным термопараметрическим заполнением, обеспечивающие оптимальное время решения ВКЗЭиТ, а также уменьшающие оперативную память ЭВМ.

• проведено исследование процесса возникновения ложных численных решений ВКЗЭ для произвольных волноводных структур с частичным диэлектрическим заполнением, характеризующиеся деформацией истинной дисперсионной кривой Л/ЛЛУЛ) в области распространения медленных волн и структурой электромагнитного поля не удовлетворяющей условию д1уН (г, т) = 0 в области поперечного сечения волновода, связанное с плохой обусловленностью исходных матриц обобщенных волновых уравнений для векторов напряженности электрического и магнитного полей;

• показано, что в зависимости от геометрии поперечного сечения регулярного волновода и сетки разбиения исследуемой области на конечные элементы ложные решения ВКЗЭ могут быть трех видов: без разрывов дисперсионной кривой Лу г/] (стандартные волноводы с частичным диэлектрическим заполнением при использовании равномерной по плотно-с разрывом дисперсионной кривой в окрестностях точек при использовании неравномерной сетки) — с разрывами дисперсионной кривой, вызванных сложностью конфигурации поперечного сечения волновода (вес с частичным диэлектрическим заполнением);

• установлено, что для устранения ложных численных решений ВКЗЭ для произвольных волноводных структур с многослойным диэлектрическим заполнением необходимо использовать неравномерную сетку разбиения исследуемой области поперечного сечения волновода на конечные элементы, плотность которой резко возрастает на границе раздела сред и металлическом контуре поперечного сечения волновода, а также со у аЛ волноводы с многослойным диэлектрическим заполнением ортогональные методы преобразования глобальных матриц исходных волновых уравнений, которые позволяют получить численно устойчивые решения ВКЗЭ;

• на основе метода эквивалентных схем получены аналитические соотношения, связываюш-ие собственные электродинамические параметры квазистационарных регулярных ВСС, имеюш-их четко выраженный емкостной зазор, с электрофизическими параметрами диэлектрического мате.

1-Л риала (е'лпах = £тт «ЛЛЗ' коэффициентом заполнения 2Л геометрией поперечного сечения волновода лдо= 8,(1-л)-ААА, позволяюш-ие опV ределить перспективность и эффективность использования ВСС, как базовых элементов рабочих камер микроволновых установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов;

• показано, что квазистационарные волноводные структуры сложного поперечного сечения, имеющие четко выраженный емкостной зазор, обладает значительно большей широкополосностью и приведенной критической длиной волны основного (доминантного) типа волны, нежели стандартные волноводы (прямоугольный, цилиндрический и др.), что позволяет на их основе создать новый перспективный класс малогабаритных высокоэффективных с высоким темпом нагрева микроволновых установок равномерного нагрева произвольных диэлектрических материалов как стационарного, так и конвейерного типов;

• установлено, что в квазистационарных ВСС невозможно достичь одновременного увеличения таких наиболее важных в СВЧ энергетике параметров, как коэффициента широкополосности, определяющего универсальность микроволновых структур на основе данных волноводов и коэффициента заполнения, определяющего максимальные габариты диэлектрического материала, в котором может быть достигнута однородная плотность тепловых источников, что является одним из основных условий оптимизации геометрии рабочей камеры микроволновых установок равномерного нагрева на основе ВСС;

• показано, что при частичном заполнении произвольного волновода диэлектрическим материалом поперечное волновое число, определяющее структуру электромагнитного поля в поперечном сечении волновода, в более плотной среде (8'>1) является действительной величиной во всем разрешенном диапазоне длин волн (0<�Х<�Хлл), в то время, как в менее.

1С с /.

• 1 и и и плотной среде (воздух — е = 1) является действительной величиной в области распространения быстрых волн | 'л/ц)л/л]<�лл и мнимой величиной в области распространения медленных волн >1, что свидесо ' тельствует о трансформации ЭМГ поля при изменении режима распространения электромагнитных волн;

• установлено, что в области распространения медленных волн.

О >1 электрическое поле доминантной волны в менее плотной среде.

Е' = 1) стягивается к границе раздела сред в связи с мнимым характером.

К1ЛС кЛс Х поперечного волнового числа, при этом с уменьшением оз со, а величина возрастает, что приводит к усилению эффекта трансфор

С3 мации ЭМГ поля, что в конечном итоге приводит к образованию «волны / Л на стыке» лЛ=7а «С^н-в^Зу, характерной особенностью которой является, а / высокая концентрация электрического поля у границы раздела сред;

• показано, что коэффициент широкополосности квазистационарных вес, частично заполненных диэлектрическим материалом, имеет максимум в диапазоне изменения ширины образца 0< при этом с увеличением г' величина Ъ, лл возрастает и смеш-ается в область меньших значений Л /, что необходимо учитывать при выборе исходной геометрии / а рабочей камеры микроволновой установки, то есть для заданной толщины обрабатываемого материала — Ш, размер широкой стенки волновода — а необходимо выбирать таким образом, чтобы на заданной рабочей длине волны достигалось значение Ъ, лл.

• показано, что отличительной особенностью волноводных структур произвольного поперечного сечения, частично заполненных термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность диэлектрическим материалом является изменение режима распространения электромагнитных волн на фиксированной рабочей длине волны — ъ рабочем диапазоне температур, связанное с изменением электрофизических и тепловых свойств обрабатываемого материала в процессе нагрева, что приводит к перераспределению удельной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала;

• показано, что в конвейерных микроволновых установках поперечного типа, наиболее распространенных в СВЧ энергетике, наблюдается постоянство электрофизических и тепловых параметров обрабатываемого материала в направлении распространения ЭМГ волны, при этом вектор напряженности электрического поля коллинеарен градиенту температурного изменения в образце, и следовательно для определения электродинамических и тепловых свойств данных волноводных структур могут быть использованы более упрощенные уравнения ВКЗЭиТ (1.24);

• установлена аналитическая зависимость характера изменения напряженности электрического поля основной волны квазистационарных волноводных структур сложного поперечного сечения, с частичным термопараметрическим, поглощающим СВЧ мощность, диэлектрическим материалом, в конвейерных микроволновых установках поперечного типа в направлении распространения электромагнитной волны, которая позволяет однозначно определить удельную плотность тепловых, источников в объеме данного класса материалов;

• показано, что при конвейерной равномерной термообработке термопараметрических, поглощающих СВЧ мощность, диэлектрических материалов в СВЧ нагревательных системах на основе квазистационарных вес, основное влияние на процесс термообработки оказывают характер изменения электрофизических параметров обрабатываемого материала в рабочем диапазоне температур и в основном температурное изменение диэлектрической проницаемости г'{1);

• предложен метод решения внутренней краевой задачи теплопроводности для термопараметрических материалов при термообработке в конвейерных микроволновых установках равномерного нагрева поперечного типа на основе квазистационарных волноводных структур сложного поперечного сечения, который основывается на последовательном временном итерационном приближении, при постоянстве скорости протяжки обрабатываемого материала, который позволяет определить установившуюся температуру нагрева материала в направлении его перемещения;

• установлено, что принципиальным моментом равномерного нагрева термопараметрических, поглощающих СВЧ мощность, диэлектрических материалов является невозможность изменения режима термообработки, сопровождающегося изменением распределения температурного нагрева материала в направлении его перемещения, то есть скорости транспортировки — и уровнем подводимой в РК установки СВЧ мощности, что приводит к нарушению условия равномерной термообработки зонного класса материалов;

• предложена математическая модель прямого возбуждения электромагнитных процессов в волноводных структурах сложного поперечного сечения посредством сторонних токов и зарядов, базируюш-аяся на системе неоднородных обобщенных волновых уравнений Гельмгольца для векторов напряженности электрического и магнитного полей, численное решение которых осуществляется на основе метода конечных элементов с использованием принципа Галеркина и метода взвешенных невязок;

• показано, что использование плавных согласующих переходов СВ-ВСС позволяет наиболее оптимально решить задачу возбуждения электромагнитных процессов в рабочей камере конвейерных микроволновых установок равномерного нагрева термопараметрических материалов, выполненной на основе квазистационарных волноводных структур сложного поперечного сечения, при этом в качестве систем возбуждения РК могут быть использованы линейные переходы полоса пропускания которых составляет порядка 75% ото доминантного диапазона длин волн стандартного волновода, на основе которого осуществляется вывод энергии СВЧ поля, что значительно превышает диапазон длин волн, отпущенный для целей использования энергии электромагнитного опля в народном хозяйстве — АХ = Хд±- 2,5%;

• установлено, что наиболее оптимальным путем достижения однородной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала является одновременное продольное изменение как внутренней, так и внешней геометрии волноводных структур сложного поперечного сечения, причем габаритные размеры поперечного сечения волновода должны плавно уменьшаться в направлении распространения волн;

• проведенные исследования позволяют разработать комплексный подход в создании микроволновых конвейерных установок равномерного нагрева термопараметрических, поглощающих СВЧ мощность диэлектрических материалов, на основе отрезков квазистационарных волноводных структур сложного поперечного сечения, отличающихся меньшими.

236 внешними габаритами и более высокой удельной плотностью тепловых источников в объеме обрабатываемого материала.