基于多尺度变换的电磁感应加热快速算法

为了解决电磁感应加热仿真中因目标体积太大或者太小、时间长而难以仿真的问题,介绍了一种对空间和时间进行多尺度变换的快速计算方法。通过有限元方法仿真计算和对比验证,尺度变换后所得结果与变换之前吻合良好,能够减少大物体建模仿真的运算数据量。当时间尺度分别缩小10倍和100倍时,计算所需的时间分别减少了81.7%和91.8%。     

基于变换光学的微波加热用超表面数值研究

由于单个微波源的功率值有限,工业上往往采用多源微波加热以满足大功率需求。然而,额外 的微波馈口将增加端口间耦合,可能引起微波源损坏。因此,提出一种基于变换光学的新型超表面,使微波在 进入加热腔体的方向上正常传播而在相反方向被阻挡,从而减少功率反射和耦合。在二维数值模型中,采用 反向传播神经网络优化了超表面的介电性能,使得单源和双源微波加热的能量效率分别提高了42. 2%和53. 3%,且 均具有较好的加热均匀性。数值计算结果表明,超表面可工作在2. 45 GHz 频率,具有60 MHz 的带宽,工业应用前 景良好。     

电磁脉冲加热Debye媒质的快速计算

本文提出了一种计算电磁脉冲加热Debye媒质的快速算法。从麦克斯韦方程组和Debye方程出发,重新定义了Debye媒质中的瞬态耗散功率。该定义能有效避免传统定义中瞬态耗散功率为负的情况。通过时间尺度变换,把电磁场的计算和热场的计算统一到同一时间尺度下,这样就可以节省大量的计算时间。另外,研究了长时间脉冲加热的效率和均匀性。结果表明,在同样的重复频率下,脉冲加热的效率与均匀性均低于连续微波。     

微波化学动力学

微波促进化学反应具有加热速度快、效率高、选择性加热等优势,对于节能减排具有重要的意义,但在工程应用过程中存在微波功率反射大、加热不均匀和热失控等问题,限制了微波能的进一步应用。为了解决以上问题,设计出高效的微波化学反应器,必须在宏观上深入研究微波促进化学反应的动力学过程,将电磁场方程、热传导方程和反应动力学方程等多个微分方程相互耦合。然而,现有研究一直缺乏以上方程之间的严格耦合关系。因此,本文介绍了化学反应的极化及微波在化学反应中的耗散,建立了微波促进化学反应过程的宏观动力学耦合模型。首先,梳理了微波化学的宏观动力学耦合模型,并对该模型存在的挑战进行了总结,即现有模型缺乏微波在化学反应中的极化过程及耗散过程。其次,针对微波在化学反应中极化过程的挑战,引入了新的介电特性表征,结果表明,反应体系的介电特性由反应物浓度和生成物浓度的概率分布函数对应的1阶勒让德多项式展开式的系数决定。然后,针对微波在化学反应中耗散过程的挑战,根据能量守恒,引入了新的耗散功率公式,结果表明,微波在反应体系中的耗散由微波在反应物中的耗散、在生成物中的耗散及生成物和反应物耦合产生的耗散等部分组成。最后,通过实例,阐...