微波加热原理

微波加热原理

    微波是指波长在1 mm 到1 m 的电磁波,它具有电磁波的诸如反射、透射、干涉、衍射、偏振以及能量传输等波动特性。近几年来,微波的高效发热特性的进一步开发,使得它的应用从传统的通讯领域转向催化化学、材料加工、污染控制等领域。其中,在污染控制领域,特别是在工业污泥、医疗垃圾、废旧轮胎、电子垃圾以及建筑垃圾等固体废弃物的处理方面取得了较大的进展。

    在微波加热的过程中,微波能转化为热能的机理有2种,即偶极子转动机理和离子传导机理。偶极子转动机理是由微波辐射引起物体内部的分子相互摩擦而产生热能。自然界的介质都是由一端带正电荷、另一端带负电荷的分子(或偶极子) 组成。在自然状态下,介质内的偶极子作杂乱无章的运动和排列,当介质处于电场中时,其内部重新进行排列,变成了有一定取向、有规则排列的极化分子。当电场方向以一定频率交替变化时,介质中的偶极子的极化取向也以同样频率转变,在转变过程中,因分子间相互摩擦、碰撞而产生热能。电场变化频率越快,偶极子转动的频率也就越快,产生的热效应越强,而微波波段电磁场频率高达108 数量级,所以在微波辐射下,偶极子转动产生的热量相当可观,从而使体系在很短的时间内达到很高的温度。偶极子转动产生的加热效率取决于介质的驰豫时间、温度和黏度。

    离子传导机理是指可离解离子在电场中产生导电移动,由于介质对离子的阻碍而产生热效应。离子传导产生的加热效率取决于离子的大小、浓度、电荷量和导电性。

    传统加热是利用传导和对流方式进行的,首先加热容器,容器将热量传导到物体表面,然后热量由表面传递到物体内部,从而获得热平衡条件,因此加热需要较长时间。而加热环境一般不可能严格地绝热封闭, 长时间加热, 就可能向环境散发大量热量。而微波加热通常在全封闭状态下进行, 微波功率以光速渗入物体内部, 及时转变为热能, 避免了长时间加热过程中的热散失, 并且可对物体内外部进行“整体”加热,因此,与传统的加热方式相比,微波加热具有效率高、速度快、能耗低等特点。