微波干燥过程中氯化钠电磁特性数值模拟研究

多模微波腔体是最为常见的加热腔体,然而在加热过程中待加热的物料常会表现出选择性加热的特点,这是由于微波加热的效果与物料的电磁特性参数密切相关。针对氯化钠在微波腔体中加热效果呈现出的差异性造成腔体内电磁场分布以及加热不均匀等问题,建立电磁热模型对氯化钠在加热过程中的电磁敏感性对温度变化的影响进行研究。通过时域有限差分法(Finite Difference Time Domain ,FDTD)耦合求解电磁场及热场方程,对微波加热氯化钠的升温速率随着电磁特性参数以及氯化钠含水率变化的规律进行实时的仿真计算。结果表明:随着氯化钠相对介电常数的增大,其腔体内的电场分布越均匀,介质对电磁波的吸附作用越明显。随着氯化钠损耗角和含水率的增大,腔体内氯化钠的升温速率以及稳态温度增大。     

基于双通道固态源的腔内三分区加热研究

微波加热在医疗、食品加工等特殊领域应用广泛,但是很难工程上实现对任意方向的定向加热的控制。本文基于线性相控阵天线理论,设计了一个双通道固态源的腔内三分区指向加热系统,该系统通过调节固态源各通道间的相位差以实现腔体内的微波指向从而达到三分区定向加热的效果。同时,本文通过耦合电磁场和热传递方程建立了微波加热的多物理场模型,以模拟腔内的微波分区加热,进一步的搭建了相应的实验系统验证分区加热的效果。     

腔体形状对混响室内场均匀性的影响

针对高功率微波(HPM)激励下的混响室,研究了不同腔体形状对混响室内电场分布的影响。根据理想封闭矩形腔体内电磁场表达式,分析了腔体形状对混响室内场特性的重要影响,并确立以时间窗为研究单元的统计计算方法描述混响室内的瞬态场特征。重点研究腔体形状对腔体内场均匀性的影响效果,主要对比电场的最大值、分布标准差以及各向同性等指标。研究结果表明:在矩形谐振腔中引入复杂结构能够降低场分布标准差,提高能流分布的均衡性,实现均匀的电磁场环境。     

管道式固体材料微波加热装置的仿真设计*

为了解决工业上固体材料在微波加热过程中普遍存在的能量不集中、效率低、加热不均匀的问题,提 出了一种管道式固体材料微波加热装置的设计方案。利用多物理场仿真对固体材料微波加热均匀性影响因素进行 分析,并优化了微波馈入装置的分布和管道结构,仿真表明该装置具有较好的加热均匀性和较高的效率。基于优化 后的设计,计算了褐煤在微波加热时的温度分布情况,其温度场的变异系数COV 值达到0.166,表明温度分布具有 良好的均匀性。该装置实现了对褐煤的微波均匀加热,对固体材料微波加热的工业应用具有指导意义。     

微波馈入位置对固体催化剂加热效果的影响

本研究考察了微波从底部馈入反应器和从侧面馈人反应器时对固体催化剂的加热效果。从微波介电加热和热传导的物理规律出发,建立了两种不同微波馈入位置时对催化剂床层加热的模型,并通过COMSOL Multiphysics软件模拟分析其对加热效果的影响。结果表明：当采用底部馈入方式进行加热时,电磁场强度在下部分布较强很高,但在距离馈入口较远的区域电磁场强度较低,最终得到的温度分布均匀性较差;当采用微波从侧面馈入的方式进行加热时,催化剂床层区域的电场强度较大,且温度分布比较均匀。     

多馈源微波加热腔体的研究

提出了一种在空腔情况下多馈源长方体加热腔的设计方法。通过调整馈孔间的位置与距离,研究其S参数及腔体内的电磁场分布。仿真结果表明,当多个馈源两两正交,且互相距离为1/4个波长的奇数倍时,腔内电磁场分布最为均匀。此项研究为工业上微波多源加热腔的优化设计提供了参考。     

常压微波等离子体反应器的设计与实现

本文设计了一个基于BJ26矩形波导的常压微波等离子体反应器。微波反应器对于等离子体的产生起关键性作用,本设计中采用了矩形压缩波导结构。首先运用Ansoft HFSS仿真软件对反应器进行了模拟计算,得到不同矩形压缩波导腔体内的电场分布,从而对腔体进行了优化设计,最终制作了常压微波等离子体反应器。将反应器安装在微波系统中,获得了频率为2.45GHz功率可调的稳定的微波等离子体。     

一种双圆柱腔微波加热系统的仿真研究

本文提出并设计了一种工作频率为2．45GHz的双圆柱腔微波加热系统。该加热系统是在矩形波导宽边中央开孔,用两支铜棒将矩形波导中传输的微波耦合到双圆柱腔内并对圆柱腔内的化学反应罐进行加热。仿真研究表明,通过调节短路活塞、耦合铜棒和调配螺钉,在主要工作频带内输入端反射系数小于-10dB,耦合进两个圆柱腔内的功率相等,两个圆柱腔内场分布大致相同。此双圆柱腔微波加热系统具有效率高、加热均匀等特点,在微波化学分析中具有较好的应用前景。     

基于数值仿真的多馈微波加热温度控制系统

针对常用多模腔加热的不均匀性,对多馈口微波加热进行了研究,提出了一种基于数值仿真分析来设计微波加热系统的方法。通过建立1/2 全尺寸有限元模型进行仿真计算,分析了馈口数量对微波加热的影响,在此基础上采用Bang-Bang 控制策略设计了加热系统。其中,圆柱形谐振腔模型的高度为800 mm,半径为395 mm。腔体周围环形布置10个微波源,通过德拜模型仿真温度变化和测量值进行对比,验证了仿真模型的正确性。不同馈口数的COMSOL仿真结果表明,馈口数为4时,温度变异系数(COV)为0.0897,相比于一个馈口的情况,温度的均匀性提高了10.5%。通过实验测试了微波加热系统性能,实验结果表明,媒质温度能得到合理控制。     

基于多物理场计算的微波加热均匀性改善研究

针对微波加热过程中存在温度分布不均匀的问题，提出利用多端口加热方式，通过多物理场耦合计算分析了端口布局、位置、数量以及功率配比对微波加热马铃薯块均匀性的影响。仿真计算结果表明，在四端口馈入时，端口分布于腔体四面，四个端口坐标分别为(-55,-162.5,70)、(162.5,-55,70)、(55,162.5,70)和(-162.5,55,70),且四端口馈入功率比为200∶200∶300∶300时，微波加热均匀性效果最佳。     

微波箱式加热器中场分布的研究

本文应用求解波导管和分层介质加载的矩形腔组合问题的矩量法,对由波导激励的分层加载微波箱式加热器负载中的微波场分布,激励口面上的场和输入电压驻波比等进行了计算。根据改善加热均匀性的要求对激励口的位置和取向等参数进行了优化。     

一种基于矩形波导缝隙天线的微波低压等离子体装置

低压等离子体以其放电面积大、均匀性较好、适用于大规模工业应用等优势备受关注。相比于低频等离子体,微波激发的等离子体在电子密度、电离度、活性和装置能量利用率方面性能更优越,应用场景更广阔。本文基于矩形波导缝隙天线及谐振腔结构,设计了一种工作于2.45 GHz的微波低压大面积均匀等离子体装置,为增加等离子体的激发面积且使其更均匀,在馈波波导与反应腔体间设置了多个漏波缝隙,并优化了缝隙的位置和大小,使得腔体内部电场更加均匀。仿真结果显示,优化后反应腔体内部电场分布均匀性良好。实验测试结果表明,反应腔体内部不同位置的等离子体电子密度和等离子体电子温度均呈现均匀状态,证明了该装置激发产生了均匀等离子体。     

提升微波加热均匀性的新型电介质基底

介绍并分析了一种新型的电介质基底,旨在提升微波加热的温度分布均匀性。该基底为非轴对称结构,由FR-4环氧玻璃纤维板与氧化铝制成,其几何参数的选定是以降低球形介质样品的平均温升变异系数为目的。为探究电介质基底对微波加热均匀性的影响,采用球形马铃薯为研究对象,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟微波加热过程,并计算马铃薯的平均温升变异系数。仿真结果表明：相比于不加载基底直接加热,加载电介质基底加热的马铃薯样品的平均温升变异系数降低了40%以上。最后,进行实验测试验证计算的有效性,实验结果表明：实验测试与仿真计算结果一致,温度上升曲线吻合较好,使用该电介质基底可以有效改善微波加热的均匀性。     

基于缝隙波导的多频微波加热研究

微波因其高效、绿色无污染等优点在加热领域应用广泛,但加热均匀性差限制了它的进一步发展。本文基于波导缝隙天线理论和磁控管的非线性响应特性,设计了一个以波导缝隙阵列天线为辐射器的加热系统。利用磁控管的非线性响应特性输出多个频率的微波以丰富电磁场的模式,设计了基于横向缝隙波导和纵向缝隙波导的两种辐射器,建立了微波加热的多物理场模型,以模拟多个频率的微波通过缝隙波导加热物体的效果,并分析了不同参数如缝隙、频差等对加热均匀性及效率的影响。     

核电站含硼废液微波固化系统微波场热场仿真研究

微波固化技术可以实现对放射性废液的浓缩固化减容，但目前缺乏含硼废液微波固化多物理场仿真分析。针对此本文进行了核电站含硼废液微波固化系统微波场热场仿真研究，有助于微波固化装置设计和微波固化工艺优化。通过介电测量获得了不同含水量的硼酸/氢氧化钠水溶液的介电常数；基于有限元法建立了2.45 GHz微波固化模型，实现了微波加热硼酸/氢氧化钠水溶液计算；分析了微波频率、含硼废液含水量、液面高度对电场分布和温度场分布的影响。该研究成果为微波含硼废液固化装备设计提供指导。     

一种915 MHz和2450 MHz双频微波加热分析

微波加热作为一种新型的加热方式在许多领域中得到了广泛的应用,与传统的加热方法相比,微波加热具有高效节能、选择加热、清洁无污染等特点。多源微波加热结构是实现微波均匀高效加热的有效手段,也是微波加热领域未来的发展趋势。在工业应用的多源微波加热腔体中,保证加热效率的同时如何提升加热均匀性始终是该领域的研究重点。本文在现有微波加热模型的基础上,提出了一种新型的双端口双频微波加热模型。本文基于有限元方法的多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.4设计了一种915 MHz和2450 MHz的双频微波加热模型,通过端口之间的正交和缝隙滤波器的设计减少了两个端口之间能量的互相耦合,在保证加热效率的同时提高了加热的均匀性。     

基于双频双磁控管微波炉加热均匀性研究

如今人们普遍采用微波炉来快速加热食物,方便且快捷。但是磁控管产生的高频微波直接通过波导管传送至炉腔内,炉腔内微波的不均匀分布导致食物各部分加热速率出现差异,致使食物加热不均匀,加热效果不理想。针对现有技术中存在的不足,本文介绍一种采用两个频率不同的低电压磁控管对微波炉中的食品进行加热来提高微波炉的加热均匀性方法。利用仿真软件对双磁控管在炉腔内的能量分布特性进行了研究,再用MATLAB给出仿真分析结果。结果显示采用本文改进方法后,微波炉的加热均匀性明显提升。     

小型无线场强探测传感器研究

近年来,微波加热因其高效性和清洁无污染等优点广泛应用于各个领域。然而,微波加热的不均匀性限制了微波作为高效加热能源的应用。通过测量和分析加热腔中的电场分布情况可以帮助设计人员改进微波加热腔体设计,提高微波加热的均匀性。现有的场强测量设备均为有线设备,应用场景极为有限。因此,本文提出了一种由探头、接收机和上位机三部分组成的无线场强探测传感器。介绍了无线场强探测传感器的结构和原理,采用横电磁波小室进行校准。通过一系列测量实验表明实测值与标准场强仪测量值一致性较好,可满足工程测量需求。     

隧道式微波加热温度自动控制电路模块的设计

温度的自动控制与调节是隧道式微波加热与烘干中一项重要的技术，通过设计自动控制电路对物料加热过程温度检测和自动调节，从而实现比其他加热烘干技术（如传统的红外方法）更高效节能。本文讨论了隧道式微波加热温度自动控制电路模块的设计思想与具体实现。设计的电路模块具有实时采集物料温度信息对各个磁控管的功率进行调节 的功能，并且可以满足电磁兼容性的要求。     

微波激光协同石墨化碳纤维的仿真模拟研究

在碳纤维激光石墨化的过程中,丝束截面内存在较大的温差,导致碳纤维丝束毛丝现象严重。当激光超过一定功率时,甚至会出现断丝现象,严重影响碳纤维的连续激光石墨化。利用微波与激光对碳纤维进行协同石墨化,以减小石墨化过程中丝束的温差与热应力。针对微波加热的特殊性,设计出了一种可持续高效升温的加热腔;然后建立了电磁加热-激光加热-热辐射-流动传热-固体力学多物理场模型,并对其进行了仿真模拟。结果显示,微波的引入可以改善激光石墨化过程中丝束温度场的分布,并可有效减小丝束加热过程中的热应力。