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。     

平板微波炉均匀性提升研究

提出了一种平板微波炉新型曲面天线结构,与平面天线结构相比,其加热均匀性具有明显改善,同时消除采用平面天线的平板微波炉产生的微波盲区。该曲面天线由曲面金属片和内导体构成。根据微波天线理论,首先设计平面天线和曲面天线初始尺寸,然后运用电磁仿真软件HFSS实体建模,通过仿真空载和负载条件下,对比验证曲面天线能够提升均匀性和消除微波盲区,最后再通过天线手板测试验证。研究表明新型曲面天线相对平面天线,加热均匀性提升10.3%,且消除微波盲区。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

微波辅助油炸的加热均匀性研究

为了实现高均匀性的微波和油炸的联合加热，本文设计了一种延展的微波单模腔，扩大了微波加热区域，通过调节矩形加热区域在极化方向的尺寸可获得均匀的电场分布，同时建立了微波加热的多物理场仿真模型来计算腔体内的电磁场分布以及土豆的温度分布。仿真结果表明，在设计的腔体内模拟微波油炸初步实现对土豆油炸效率的提升，模拟土豆在矩形加热腔内做匀速平移运动以及调节上下两个端口之间的相位差随时间不断变化能够进一步提高油炸均匀性，并建立实验系统，验证了所提方法的准确性。还讨论了不同厚度、不同含水量的土豆片对油炸均匀性的影响。     

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。     

基于选频技术的高效高均匀性微波加热

近年来,微波加热以其高效性和内部加热等优点在各领域得到广泛应用。然而,微波加热的不均匀性限制了其大规模工业应用的发展。高均匀性和高效率是微波加热领域研究的重点。效率低会造成能源的浪费,而不均匀加热会导致加热品质差、甚至热失控等现象。本文提出一种双端口选频加热方法,通过在腔体中内置两个正交极化天线方式进行馈电。并且利用扫频来分析各频点的加热效率以及不同频率对加热效果的影响。最后选择性地对其中高效率的频点进行选频加热,使其在维持加热高效率的前提下提高加热的均匀性。     

双端口旋转对微波加热均匀性和互耦的影响

微波加热相对于传统热传导加热具有内外加热的效果,但其在工业应用中存在加热效率低下、加热不均匀等问题。据此,提出一种基于双端口非同步旋转结构的加热方法,降低端口间的互耦;并基于COMSOL Multiphysics建立了双端口旋转下的微波加热模型,分析了双微波源端口之间的旋转速度对端口间的互耦和加热均匀性的影响,实现了端口间低互耦、高均匀性的加热,同时极大提高了微波加热的效率。     

高温真空钎焊设备的研制

主要介绍了真空钎焊的发展和高温合金钎焊的工艺特点。根据Inconel 718高温合金钎焊的工艺要求,高温真空钎焊设备应具有高真空度和低泄漏率、高控温精度、高温度均匀性、一定的加热速率和冷却速率等工艺性能。详细阐述了高温真空设备的结构特点和主要关键技术,包括加热室内温度的均匀性、真空度和压升率以及较高的自动化程度等。     

微波加热中物料实时温度测量无线传感器及其网络

微波作为新型的清洁能源在工业生产中得到广泛应用。然而,微波选择性加热导致的加热不均匀和微波场中温度难以准确实时测量的问题限制了微波工业设备的高效设计与应用。针对以上问题,本文设计了一种基于无线传感器网络和单片机技术的微波加热温度测量系统,该系统以STM32作为微控制器、CC1101作为无线收发器组成星型无线传感器网络,并开发简易的上位机显示程序,实现了微波加热过程中多点位置的实时温度测量。其中无线传感器节点(End Device)采用DS18B20数字温度传感器实时测量节点位置温度值并发送数据,中央节点(Access Point)接收数据并通过RS232串口上传至PC机显示。本文使用该系统测量结果和光纤温度计结果作为比对,验证了该系统的可行性和准确性,且该系统成本低廉、布控灵活,适用于隧道式工业微波加热等多种应用场景。     

高精度磁控管加热系统的设计与实现

介绍了一种采用磁控节作为加热源的高精度微波加热系统的特点、硬件和软件设计，可用作飞机维修保障的辅助设备。