Upload
truongbao
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
www.rcme-tu.org
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตรคณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตรมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร ((ศนูยรังสิตศนูยรังสิต)) คลองหลวงคลองหลวง จังหวัดปทมุธานีจังหวัดปทมุธานี รหสัไปรษณียรหสัไปรษณีย 1212112121
หมายเลขโทรศัพทหมายเลขโทรศัพท 02 564300102 5643001--99 ตอตอ 31533153,,08961231970896123197
EE--mail mail [email protected]@engr.tu.ac.th www.rcmewww.rcme--tu.orgtu.org
รองศาสตราจารย ดร. ผดุงศกัดิ ์ รัตนเดโช หวัหนาหนวยวิโรจน จนิดารัตน ผูบรรยาย
หนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรมหนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรม( Research Center of Microwave Utilization( Research Center of Microwave Utilization Engineering (R.C.M.E ))Engineering (R.C.M.E ))
การทําความรอนดวยคลื่นไมโครเวฟและไดอิเล็กตริก
www.rcme-tu.org
หนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรมหนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรม( Research Center of Microwave Utilization( Research Center of Microwave Utilization Engineering (R.C.M.E ))Engineering (R.C.M.E ))
วัตถุประสงคของการจัดตั้งศูนยวัตถุประสงคของการจัดตั้งศูนย RR..CC..MM..EEในเชิงวิชาการ 1.สามารถทําความเขาใจในปรากฏการณการถายเทความรอนและมวลในวัสดุพรุนขณะมีการเปลี่ยนสถานะภายใตพลังงานไมโครเวฟในระดับ จุลภาค 2. การพัฒนาการเรียนการสอน ทั้งในระดับปริญญาตรี โท และเอกตอไปในอนาคต รวมจนถึงการถายทอดเทคโนโลยีสูภาคอุตสาหกรรม3. สงเสริมความรวมมอืกับภาคเอกชน และทาํการถายทอดเทคโนโลยีสูภาคเอกชน 4. เสริมสรางความเขมแข็งของอุตสาหกรรมไทยและศักยภาพในการแขงขันในเวทีโลก บุคลากรนักวิจัยระดับปริญญาเอก 5 คน ผูชวยวิจัย 2 คนนกัศึกษาปริญญาเอก 12 คน นักศึกษาปริญญาโท 3 คนนักศึกษาปริญญาตรี 7 คน
THAMMASAT UNIVERSITY
พื้นฐานความรูเบื้องตน
คลื่นแมเหล็กไฟฟาในชวงยานความถี่ไดอิเล็กตริกและไมโครเวฟคอนขางเปนที่สับสนและการกําหนดใหเขาใจตรงกันได โดยการทําความรอนดวยคลื่นแมเหล็กไฟฟาในยานไดอิเล็กตริก (Dielectric heating) สามารถประยุกตใชไดกับทุกยานความถี่ของคลื่นแมเหล็กไฟฟาซึ่งอยางนอยที่สุดก็ครอบคลุมแถบสเปกตรัมของของอินฟราเรด (Infrared spectrum) โดยระบบความถี่ที่ต่ํากวาที่สามารถใชงานไดอยางนอยคือ ชวงความถี่สูง (High Frequency; HF) ซึ่งมีความถี่ในชวง 3 เมกะเฮิรต (MHz) ถึง 30 เมกะเฮิรต (MHz) และชวงความถี่สูงมาก (Very High Frequency; VHF) ซึ่งมีความถี่ในชวง 30 เมกะเฮิรต (MHz) ถึง 300 เมกะเฮิรต (MHz) ดวยเหตุนี้ชื่อของความถี่ของ High Frequency; HF, Dielectric, Radio Frequency; RF สามารถสลับกันได แตอยางไรก็ตามชวงของยานความถี่ที่ยอมรับในการทําความรอนของ ไดอิเลคตริกคือ ความถี่ 1 ถึง 100 เมกะเฮิรต (MHz) ในขณะที่ไมโครเวฟใชยานความถี่ 300 เมกะเฮิรต (MHz) ถึง 300 กิกะเฮิรต (GHz)
THAMMASAT UNIVERSITY
หลักการพื้นฐานในการใหความรอนดวยไมโครเวฟวัสดุไดอิเล็กตริก (Dielectric materials) หมายถึงวัสดุกึ่งฉนวนที่มีโครงสรางพื้นฐานทางจุลภาคที่มีลักษณะเปนขั้วทางไฟฟา (Dipoles) ความถี่คลื่นของไมโครเวฟ 0.3 - 300 เมกะเฮิรต (MHz) หรือ ในชวงความยาวคลื่น 30 เซนติเมตร (cm) - 0.3 มิลลิเมตร (mm)
อันตรกิริยาระหวางวัสดุไดอิเล็กตริกและสนามไฟฟา (Electric Field)(ก) การเรียงตัวของสภาพเชงิขัว้ภายในวัสดุไดอิเลคตริกเมื่อไมมีสนามไฟฟา(ข) การเรียงตัวของสภาพเชิงขั้วเมื่อมีสนามไฟฟา
(ก) (ข)
050
100150
200
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
020406080100
Ele
ctric
Fie
ld E
y/Ey
in[-
]
x[m
m]
z[mm]
Sample
Rectangular Wave Guide
160 170 180 190 200 210
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0
20
40
60
80
100
Ele
ctri
c Fi
eld
Ey/E
y in[-
]
x[m
m]
z[mm]
Sample
Electric Field Distribution Inside a Rectangular Wave Guide
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Ele
ctri
c Fi
eld
Ey/E
y in[-
]
Depth z[mm]
TU/THAILAND
Amplitude of Electric Field in Each State
-60 -40 -20 0 20 40 60-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
x=54.61[mm]
AirAir Packed Beds
Ele
ctric
Fie
ld E
y max
/Ey in
[-]
Depth z[mm]
-60 -40 -20 0 20 40 60-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0x=54.61[mm] AirAir Packed Beds
Ele
ctric
Fie
ld E
y max
/Ey in
[-]
Depth z[mm]
State A
State B-60 -40 -20 0 20 40 600.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0
x=54.61[mm]
C
AirAir Packed Beds
A
D B
Ele
ctri
c Fi
eld
Eym
ax/E
y in[-
]
Depth z[cm]
0 120 240 360 480 600 720 840 960 108020
30
40
50
60
70
80
C
DB
A
D epth C al. Exp.z=5 m m z=15m m z=25m m z=35m m z=45m m
d=0.15[m m ]T
inf=40.0[ºC ]
ρ∞
=0.057
T 0=30[℃ ]S
0=1.0
P=50[W ]x=54.61[m m ]
Tenm
pera
ture
T[℃
]
E lapsed T im e t[m in]
A
DC
B
TU/THAILAND
HeatHeat HumidityHumidity Decrease in Decrease in heat penetrateheat penetrate
Decrease in Decrease in humidityhumidity
Higher temperature Higher temperature and drynessand dryness
Wood SurfaceWood Surface
CoreCore
MW
-Dry
3K
ilnPrinciple of MW HeatingPrinciple of MW Heating
WoodWood
Water moleculeWater molecule
Wood SurfaceWood Surface
Wood CoreWood Core
Temp core > Temp surface
HumidityHumidity
Evaporate Rate core=Evaporate Rate surface
HumidityHumidity
HeatHeat
MicrowaveMicrowave
HH22OO+ +
MWMW
HH22OO+ +
MWMW
THAMMASAT UNIVERSITY
การเกิดความรอนของวัสดุ ดวยพลังงานตางๆ(a) พลังงานไมโครเวฟ (b) พลังงานแบบดั้งเดิม
(a) (b)
THAMMASAT UNIVERSITY
ขอดีของไมโครเวฟ 1.ใหความรอนไดรวดเร็ว (rapid heating)2.ใหความรอนอยางสม่ําเสมอ (uniform heating) ทุกสวนของวัสดุถูกทําใหรอน 3.ประสิทธิภาพสูง (high efficiency) เนื่องจากวัสดุถูกทําใหรอนดวยตัวเองจึงไมมีการสูญเสียตอ
สภาวะแวดลอมภายนอก4.เปนกระบวนการที่งายตอการทํางานและเปนเทคโนโลยีสะอาดมากกวาการใหความรอนโดยวิธีอื่น
เนื่องจากกระบวนการมีชิ้นสวนการทํางานที่มีลักษณะเคลื่อนไหวนอย ทําใหลดคาใชจายในการซอมบํารุงและมีชิ้นสวนประกอบที่มีขนาดเล็ก ทําใหใชพื้นที่ในการติดตั้งนอยและไมมีการปลอยควันไอเสียออกมาในระหวางกระบวนการ ทําใหไมมีปญหากับสิ่งแวดลอม
5.รักษาคุณภาพดั้งเดิมของวัสดุที่นํามาผานกระบวนการ เปลี่ยนแปลงไว อาทิเชน รูปทรง สี น้ําหนักและคุณคาทางอาหาร
THAMMASAT UNIVERSITY
ขอดอยของไมโครเวฟ 1. มีวัสดุบางชนิดไมสามารถทําใหรอนขึ้นได เนื่องจากสมบัติการเปนฉนวนไฟฟา 2. ผลิตภัณฑที่ทําจากโลหะไมสามารถทําใหรอนได3. ขอบเขตความยาวของคลื่นไมโครเวฟรวมถึงความแตกตางของอุณหภูมิของเนื้อวัสดุ แปรผัน
ตาม ขนาด รูปราง สมบัติทางไฟฟาของแตละวัสดุ ทําใหการทําความรอนแปรผันตามดวย4. อุปกรณคอนขางแพงกวาแบบอื่น5.การรั่วของคลื่นทําใหเกิดอันตรายได
1.51.083701.751.33360
21.917503.252.66740
20
2.52.167702.8332.58360
43.667506.9166.16740
10
6.57.57011.513602527.550303240
0
Air velocity (2.0 m/s) Air velocity (1.0 m/s)
Drying time (h) Air temperature (1C)Microwave power
(W)
ตารางแสดงเวลาในการอบแหงสําหรับกระเทียมที่กะเทาะเปลอืกออกแลวภายใตสภาวะการอบแหงที่เปลี่ยนแปลง
กราฟแสดงการสิ้นเปลอืงพลังงานจําเพาะภายใตสภาวะที่แตกตางในการอบแหงแบบใชลมรอนของกระเทียมกะเทาะเปลือกออกแลว
แสดงการสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะภายใตสภาวะการอบแหงแบบใชลมรอนรวมกับไมโครเวฟของกระเทียมปอกเปลือกทีค่วามเร็วลม
(a) 1 เมตรตอวินาที และ(b) 2 เมตรตอวินาที
① Magnetron② Power Monitor③ Computer④ Thermometer⑤ Light Fiber Sensor⑥ Detector⑦ Rectangular Wave Guide⑧ Isolator
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
Microwave
Flow
RectangularWave Guide
x
z
109.22[mm]54.61 [mm]
Insulator
Duct
Sample
TU/THAILAND
ความพรอมของหนวยงานความพรอมของหนวยงาน ( (R.C.M.E. LAB)R.C.M.E. LAB)
เครื่องอบแหงอเนกประสงคใชคลื่นไมโครเวฟรวมกับระบบสเปาเต็ดเบด (MW-Dry1)
รางวัลผลงานสิ่งประดษิฐคิดคนประจาํป 2549 สาขาวิศวกรรมศาสตรและอุตสาหกรรมวิจัยจากสภาวิจัยแหงชาติ
Commercialized Microwave Dryer using Unsymmetrical DoubleCommercialized Microwave Dryer using Unsymmetrical Double--
Feed with Spouted Bed SystemFeed with Spouted Bed System (MW(MW--Dry2)Dry2)
((พัฒนาเพิ่มเติมจากพัฒนาเพิ่มเติมจาก MWMW--Dry1Dry1))
รางวัลผลงานสิ่งประดิษฐคิดคนทางวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ประจาํป 2549กระทรวงวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีและมูลนิธิธนาคารกรุงเทพ
A Combined MultiA Combined Multi--Feed Microwave Heater and Continuous Belt SystemFeed Microwave Heater and Continuous Belt System(MW(MW--Dry3)Dry3)
รางวัลผลงานสิ่งประดษิฐคิดคนประจาํป 2550 สาขาวิศวกรรมศาสตรและอุตสาหกรรมวิจัยจากสภาวิจัยแหงชาติ
รางวัลผลงานสิ่งประดษิฐโลก (SIIF 2006) รางวัลเหรยีญเงิน ณ กรุงโซล สาธารณรัฐเกาหลี
A Combined MultiA Combined Multi--Feed Microwave Feed Microwave -- Hot air Heating and Continuous Belt Hot air Heating and Continuous Belt SystemSystem
ระบบทําความรอนดวยไมโครเวฟ-ลมรอนรวมกับระบบสายพานลําเลียงอยางตอเนื่อง
Microwave Vacuum dryMicrowave Vacuum dry
ระบบอบแหงโดยใชไมโครเวฟรวมระบบสุญญากาศ (รวมกับบริษัทผูผลิตเชงิอุตสาหกรรม)
List of World ClassList of World Class--International Journals International Journals Published by R.C.M.EPublished by R.C.M.E
•Int. J. Numerical Method for Engineering•J. Materials Science•ASME Journal of Heat Transfer•International Journal of Heat and Mass Transfer•International Communications in Heat and Mass Transfer•Drying Technology International Journal•Applied Math. Modelling•Numerical Heat Transfer Part B - Fundamentals•IEEE Transactions of Microwave Theory and Techniques•ASME J. Manufacturing Science and Eng.•Chemical Engineering Science•Computers&Chemical Engineering•AIAA Journal of Thermophysics and Heat Transferetc