圆柱形微波加热器的效率及均匀性仿真优化研究

发布时间：2017-10-27 12:21

  本文关键词：圆柱形微波加热器的效率及均匀性仿真优化研究

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【摘要】：微波加热具有快速、高效、可选择性加热等独特的优点,在工农业生产和生活中均得到广泛应用。然而,不同的加热对象将在微波加热腔中形成不同的电磁场分布,进而产生不同的加热效率和均匀性。为提高微波加热效率和均匀性,有必要对加载不同加热对象时微波加热腔内的电磁场分布规律进行探索。基于HFSS电磁仿真软件,本文分析研究一种圆柱形微波加热器加载不同介质时的加热效率和均匀性,主要工作概括如下:分析概述用于微波加热腔设计的理论基础,包括有限元理论、谐振腔理论、微扰理论及HFSS软件在微波反应腔设计中的应用。利用HFSS电磁仿真软件仿真分析了圆柱形微波加热器馈口位置及长度,内筒半径及高度,负载种类及尺寸等设计参数对微波加热器加热效率的影响。研究结果显示,圆柱形微波加热器的加热效率受各设计参数影响:(1)当两馈口间的夹角大于120?时,馈口处的回波较小,绝大部分微波能量被加热对象吸收,加热效率相对较高;(2)当馈口长度大于30mm时,馈口长度对加热效率的影响趋于稳定;当馈口长度介于80mm~90mm间则具有稍高的加热效率;(3)当内筒半径与高度之差介于200mm~250mm时,具有最高的加热效率;(4)当负载介质厚度为介质中有效电磁波波长的偶数倍时,出现最高的加热效率。仿真结果表明,经优化后的加热效率最高可达99%。基于HFSS及加热均匀性评价方法,研究了馈口数量及具有凹弧面的内筒壁结构对圆柱形微波加热器加热均匀性的影响。研究结果显示,圆柱形加热腔体的内筒壁具有凹弧面结构时,能向多个方向散射较为集中的电磁波,促使电磁能量在加热腔经历多次反射,从而在加热腔中获得更为均匀的电磁能量场分布,有效提高了微波加热的均匀性:相比光滑内筒结构,在不牺牲加热效率的前提下,凹弧面内筒壁结构能整体提升加热均匀性10.7%,对平面电场分布均匀性的改善最高则可达25.8%。
【关键词】：圆柱形微波加热器 微波能量场分布 凹弧面内筒 加热效率 加热均匀性
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM924.76
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 微波及其特性9-10
• 1.1.1 微波9
• 1.1.2 微波波段的划分9-10
• 1.1.3 微波的特点10
• 1.2 微波加热原理10-11
• 1.3 研究意义和国内外研究现状11-14
• 1.3.1 研究意义11-12
• 1.3.2 国内外研究现状12-14
• 第2章 微波加热器结构及理论基础14-28
• 2.1 圆柱形微波加热器的组成结构及工作原理14-15
• 2.1.1 磁控管14
• 2.1.2 波导14
• 2.1.3 谐振腔14-15
• 2.2 圆柱形谐振腔15-24
• 2.2.1 谐振腔的模场分量及谐振模式15-20
• 2.2.2 谐振腔的基本特性参数20-22
• 2.2.3 微扰理论22-24
• 2.3 波导的激励24
• 2.4 有限元法24-25
• 2.5 HFSS仿真软件25-28
• 第3章 圆柱形微波加热器加热效率的仿真优化28-53
• 3.1 圆柱形微波加热腔28-32
• 3.2 圆柱形微波加热腔模型的建立32-41
• 3.3 加负载粉煤灰时的仿真优化41-45
• 3.4 加负载秸秆灰时的仿真优化45-48
• 3.5 加负载沥青时的仿真优化48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 圆柱形微波加热器加热均匀性的仿真优化53-71
• 4.1 圆柱形微波加热器的模型53
• 4.2 加热均匀性分析方法53-56
• 4.2.1 电场分布与加热效果的关系53-54
• 4.2.2 电场分布取样方法54-56
• 4.2.3 均匀性评价方法56
• 4.3 馈.数量对加热均匀性的影响56-64
• 4.3.1 具有2个馈.的加热均匀性56-59
• 4.3.2 具有3个馈.的加热均匀性59-61
• 4.3.3 具有4个馈.的加热均匀性61-64
• 4.3.4 小结64
• 4.4 两种内筒壁对加热均匀性的影响64-70
• 4.4.1 光滑内筒壁64-66
• 4.4.2 凹弧面内筒壁66-69
• 4.4.3 两种内筒壁的加热均匀性对比69
• 4.4.4 小结69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 总结及展望71-73
• 5.1 论文总结71-72
• 5.2 工作展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与基金77-78
• 致谢78

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 雷文强;曾葆青;张海;;微波炉腔体阻抗匹配的计算机模拟[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年

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本文编号：1103474