工业微波炉的多物理场仿真和实验
发布时间：2022-08-07 16:16
微波作为一种绿色高效能源已经在工业界被广泛应用,也常常用于微波萃取等需要对液体加热的领域。通常情况下,液体的对流将有助于液体的均匀加热,而微波加热时则有所不同,在使用微波加热的液体时,人们发现顶部的温度总是最高的。微波加热液体这种温度分布不均匀的现象,极大的影响了微波在微波萃取等化工领域的应用。另一方面,在大多数微波能工业应用中,常常采用多支磁控管来低成本地增大微波功率,但多支磁控管同时供能,必然存在磁控管间的互相影响,需要更为精细的设计,做好匹配,以提高效率、均匀性和安全性。本文针对上述问题,主要做了如下工作:1.在COMSOL Multiphysics中建立了电磁场-温度场-流场的多物理场耦合仿真模型,考虑了加热物体的介电特性,传热特性以及流体特性会随温度发生变化。对微波炉复热米饭,加热水以及酒精进行了仿真分析和实验验证。解释了微波加热液体中的部分对流造成微波加热液体时温度顶层高于底层的现象。2.利用截止波导对普通玻璃杯进行了改进。通过多物理场仿真分析了不同高度的水以及不同长度的截止波导对微波加热水的均匀性和效率的影响。仿真结果表明在某些情况下微波加热水的均匀性和效率都均有提升。3...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及其目的
1.2 微波加热应用现状和发展趋势
1.3 本文内容与创新点
第二章 微波加热相关理论
2.1 微波加热原理
2.2 波导调配器
2.3 谐振腔理论
2.3.1 矩形谐振腔的场分布
2.3.2 谐振腔的体积微扰
2.4 COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真原理
2.5 本章小结
第三章 微波加热液体温度均匀性研究
3.1 微波加热的多物理场仿真与实验
3.1.1 多物理场仿真模型与实验装置
3.1.2 微波复热米饭的仿真与实验
3.1.3 微波加热水的仿真与实验
3.1.4 微波加热酒精的仿真与实验
3.2 微波加热液体中的部分对流分析
3.3 微波均匀加热液体容器设计
3.3.1 仿真结果分析
3.3.2 均匀加热实验
3.4 本章小结
第四章 采用4支磁控管的工业微波炉优化设计
4.1 采用4支磁控管的工业微波炉优化仿真
4.1.1 模型参数
4.1.2 腔体高度仿真
4.1.3 波导调谐螺钉半径仿真
4.1.4 波导调谐螺钉插入深度仿真
4.2 采用4支磁控管的工业微波炉多物理场仿真
4.2.1 多物理场仿真模型
4.2.2 仿真结果分析
4.3 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后期工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波器件与微波能应用[J]. 广西科学. 2019(04)
[2]波导管中调谐螺钉位置对废橡胶裂解能耗的影响[J]. 李志华,郭楠. 橡胶工业. 2018(05)
[3]矩形微波腔体双馈口位置与加热效率仿真及验证[J]. 宋瑞凯,张付杰,杨薇,李淑国,郝铎,姚斌. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[4]基于优化两端口微波炉结构的加热均匀性和加热效率研究[J]. 辛磊,杨晓庆. 真空电子技术. 2016(03)
[5]微波萃取技术的应用与发展[J]. 刘迎迎,李盼盼,刘柯妍. 济源职业技术学院学报. 2015(03)
[6]基于有限元方法的波导管结构电磁屏蔽屏蔽效能分析[J]. 王立龙,吴明赞,李竹. 电子器件. 2014(06)
[7]馈口位置及负载对微波加热效率的影响及其优化[J]. 姚斌,郑勤红,彭金辉,钟汝能,李琳,向泰. 材料导报. 2012(08)
[8]微波频率下水的介电频率及温度特性的实验研究[J]. 陈彦,童玲,张兆镗. 实验技术与管理. 2008(12)
[9]2·45GHz下常用有机试剂复介电常数的测量与研究[J]. 华伟,杨晓庆,夏祖学,黄卡玛,蓝静. 化学研究与应用. 2006(10)
[10]微波炉炉腔阻抗的计算机辅助测量[J]. 沈秀英,张军. 微波学报. 1994(01)
硕士论文
[1]工业微波炉腔体电磁场仿真与优化[D]. 王明翔.昆明理工大学 2014
[2]微波炉电磁场仿真设计匹配研究[D]. 陈又鲜.电子科技大学 2013
[3]微波复热米饭过程温度分布规律的研究以及传热模型的建立[D]. 李春香.江南大学 2010
[4]微波炉打火问题的改善及其腔体的优化设计[D]. 郑成迎.电子科技大学 2008
[5]微波加热化学反应中多物理场的数值计算与实验[D]. 叶君永.四川大学 2006
本文编号：3670637
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及其目的
1.2 微波加热应用现状和发展趋势
1.3 本文内容与创新点
第二章 微波加热相关理论
2.1 微波加热原理
2.2 波导调配器
2.3 谐振腔理论
2.3.1 矩形谐振腔的场分布
2.3.2 谐振腔的体积微扰
2.4 COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真原理
2.5 本章小结
第三章 微波加热液体温度均匀性研究
3.1 微波加热的多物理场仿真与实验
3.1.1 多物理场仿真模型与实验装置
3.1.2 微波复热米饭的仿真与实验
3.1.3 微波加热水的仿真与实验
3.1.4 微波加热酒精的仿真与实验
3.2 微波加热液体中的部分对流分析
3.3 微波均匀加热液体容器设计
3.3.1 仿真结果分析
3.3.2 均匀加热实验
3.4 本章小结
第四章 采用4支磁控管的工业微波炉优化设计
4.1 采用4支磁控管的工业微波炉优化仿真
4.1.1 模型参数
4.1.2 腔体高度仿真
4.1.3 波导调谐螺钉半径仿真
4.1.4 波导调谐螺钉插入深度仿真
4.2 采用4支磁控管的工业微波炉多物理场仿真
4.2.1 多物理场仿真模型
4.2.2 仿真结果分析
4.3 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后期工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波器件与微波能应用[J]. 广西科学. 2019(04)
[2]波导管中调谐螺钉位置对废橡胶裂解能耗的影响[J]. 李志华,郭楠. 橡胶工业. 2018(05)
[3]矩形微波腔体双馈口位置与加热效率仿真及验证[J]. 宋瑞凯,张付杰,杨薇,李淑国,郝铎,姚斌. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[4]基于优化两端口微波炉结构的加热均匀性和加热效率研究[J]. 辛磊,杨晓庆. 真空电子技术. 2016(03)
[5]微波萃取技术的应用与发展[J]. 刘迎迎,李盼盼,刘柯妍. 济源职业技术学院学报. 2015(03)
[6]基于有限元方法的波导管结构电磁屏蔽屏蔽效能分析[J]. 王立龙,吴明赞,李竹. 电子器件. 2014(06)
[7]馈口位置及负载对微波加热效率的影响及其优化[J]. 姚斌,郑勤红,彭金辉,钟汝能,李琳,向泰. 材料导报. 2012(08)
[8]微波频率下水的介电频率及温度特性的实验研究[J]. 陈彦,童玲,张兆镗. 实验技术与管理. 2008(12)
[9]2·45GHz下常用有机试剂复介电常数的测量与研究[J]. 华伟,杨晓庆,夏祖学,黄卡玛,蓝静. 化学研究与应用. 2006(10)
[10]微波炉炉腔阻抗的计算机辅助测量[J]. 沈秀英,张军. 微波学报. 1994(01)
硕士论文
[1]工业微波炉腔体电磁场仿真与优化[D]. 王明翔.昆明理工大学 2014
[2]微波炉电磁场仿真设计匹配研究[D]. 陈又鲜.电子科技大学 2013
[3]微波复热米饭过程温度分布规律的研究以及传热模型的建立[D]. 李春香.江南大学 2010
[4]微波炉打火问题的改善及其腔体的优化设计[D]. 郑成迎.电子科技大学 2008
[5]微波加热化学反应中多物理场的数值计算与实验[D]. 叶君永.四川大学 2006
本文编号：3670637
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