Г.А. Морозов, Д.С. Румянцев, А.С. Шакиров,
(Научно-исследовательский центр прикладной электродинамики КГТУ им. А.Н. Туполева г. Казань)
Мировой рынок серы в последние годы испытывает кризис перепроизводства. По-видимому, такая тенденция сохранится и в обозримом будущем до 2015-2020 годов. Крупнейшие в России производители попутной газовой серы испытывают трудности с ее сбытом. Возникла необходимость поиска новых внутренних рынков сбыта серы, что привело к падению цен на нее. А это, в свою очередь привело к тому, что в России появилась реальная возможность широкого применения серы в стройиндустрии для производства серобетона и сероасфальта на основе модифицированной технической газовой серы, что может расширить сырьевую базу стройиндустрии, а также повысить физико-механические свойства и увеличить номенклатуру изделий. Одним из наиболее емких внутренних рынков сбыта на перспективу является использование серы в дорожном, промышленно-гражданском строительстве. Серный бетон представляет собой новый композиционный материал, применение которого позволяет решить многие вопросы, связанные с долговечностью и надежностью строительных конструкций, эксплуатируемых в агрессивной среде.
Использование микроволновых технологий в промышленности, сельском хозяйстве и медицине рассматривается в настоящее время как одно из наиболее перспективных. Это определяется, по крайней мере, двумя обстоятельствами. Во-первых, это особенности нагрева материалов ЭМП сверхвысоких частот:
- выделение тепла в объеме обрабатываемого материала под действием ЭМП;
- управление нагревом, как путем изменения частоты колебаний, так и за счет управления возбуждением рабочих камер;
- возможность селективного воздействия на неоднородные материалы, т.е. более интенсивный нагрев частей с большим удельным поглощением;
- нагрев является практически безинерционным, т.к. выделение тепла прекращается немедленно с прекращением электромагнитного воздействия.
Во-вторых, воздействие ЭМП приводит в ряде случаев к результатам, неэквивалентным нагреву объекта до той же температуры традиционными средствами:
- сопровождение широким спектром эффектов в зависимости от
диапазона частот, интенсивности, длительности воздействия и параметров модуляции;
- при высокой интенсивности ЭМП, как правило, наблюдаются эффекты угнетения, вплоть до гибели биологических объектов;
- при умеренных и низких интенсивностях в ряде случаев наблюдаются эффекты стимулирующего характера, приводящие к ускорению развития, повышению иммунных функций организмов и др.
Все выше сказанное относится к воздействию ЭМП миллиметрового диапазона длин волн на широкий круг биологических объектов - от растений и микроорганизмов до высших животных и человека.
Любые эффекты, связанные с нагревом объектов ЭМП, могут быть количественно описаны на основе известных законов физики. Несмотря на чрезвычайную сложность вычислительных процедур, существующие методы вычислительной электродинамики и термодинамики позволяют, в принципе, сколь угодно точно рассчитать механизмы микроволнового нагрева.
Математической моделью называется описание процесса, явления, или системы объектов, выполненного на языке математики. Это могут быть те или иные формулы, одно уравнение или система уравнений: алгебраических, дифференциальных, разностных и т.д.
В конечном итоге, любая система соотношений, записанных на математическом языке, может представлять собой математическую модель.
Задачей данного исследования было построении математический модели, которое состоит из следующих этапов:
1. Возникает задача в некоторой области знания (например, в экологии). Собирается вся относящаяся к задаче информация. Формируется проблема в понятиях соответствующей науки.
2. На основе этой информации строиться математическая модель: формируется чисто математическая проблема.
3. Проблема решается математическими методами.
4. От математических результатов возвращаются к реальности, т.е. к той задаче, которая была сформирована. Делаются выводы. Иногда результаты решения математической проблемы позволяют предсказать будущее состояние реальности.
5. При необходимости повторяется этот процесс заново: собирается дополнительная информация, строится уточненная математическая модель, решается математическая проблема (возможно с привлечением новых методов), сравнивается с реальностью, делается прогноз на будущее.
Расчет температурных полей, при разных способах возбуждения осуществлялось с помощью пакета FEMLAB. Данный пакет, для расчетов использует широко распространенный метод конечных элементов (МКЭ).
В данной работе было выполнено математическое моделирование воздействия энергии СВЧ-полей на многокомпонентные диэлектрические системы с помощью программного пакета FEMLAB 3.1, который предназначен для решения задач нестационарной теплопроводности численными методами.
|
