连续式微波干燥机内电磁场传递与分布的研究

摘要

针对连续式微波干燥机的干燥室内微波能利用率不高、电场分布不均等问题，设计出适合活性米物料生产的多层带式微波干燥设备，应用电磁仿真软件HFSS，采用理论分析、计算机仿真和试验验证相结合的研究方法，优化微波干燥室结构，提高微波干燥机的干燥均匀性，进而提升物料的干燥品质，为生产制造提供依据，主要研究内容和取得的成果如下:
　　(1)根据微波加热理论，确定干燥设备的微波频率为2450 MHz，微波输入功率20 kW，在保证多模数的前提下，优化得出微波干燥室尺寸长为4m、宽为1m、高为1.5 m，设计微波干燥机的主要结构。根据微波传递特性可知，干燥室内能量分布并不均匀，保证微波干燥室内能量分布均匀，物料的干燥均匀性才能提高。
　　(2)运用HFSS软件对微波干燥室进行建模仿真，得出多波导口馈能要比单波导口馈能时电磁场更为均匀。在空载情况下，对多波导口不同排布方式进行模拟，分别为横向排布、纵向排布、在宽度方向垂直排布和长度方向上垂直排布四种情况，分析比较电磁场分布情况，以电磁场分布均匀性高为目标，波导口选用在宽度方向垂直排列，同时干燥室结构上要避免圆角;在加入活性米物料后，波导口在宽度方向垂直排列，分别对上中下三层物料进行电磁场仿真分析，电场强度分别为1.24×104 V/m、1.23×104 V/m、1.22×104 V/m，逐层递减，电磁场分布较为均匀。
　　(3)应用连续式微波干燥机对模拟结果进行验证，在传送带上均匀平铺厚度为5 mm的活性米，准确测量微波干燥过程中的物料温度，得到的温度均匀性较差，存在局部过热现象，与仿真结果相同;提出微波与通风组合干燥活性米的工艺，可改善物料干燥均匀性。研究通风量对活性米干燥过程的影响，当物料表层风速在0.5～1 m/s范围时，可提高活性米的水分和温度分布均匀性。本研究的微波干燥机电场分布均匀性较好，微波干燥室结构可行，可提高物料干燥均匀性。

目录

论文说明

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 微波干燥机组成

1．3 国内外研究现状

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 电磁场理论及仿真软件的理论基础

2．1 电磁场理论基础

2．2 微波干燥室内电场强度分布

2．3 数值仿真

2．3．1 有限差分方法

2．3．2 有限元法

2．4 电磁仿真软件HFSS简介

2．4．1 HFSS求解类型

2．4．2 HFSS的仿真步骤

2．5 COMSOL Multiphysics软件介绍

3 微波干燥室电磁场仿真分析

3．1 微波干燥机结构组成及基本参数的确定

3．1．1 微波干燥机主要结构

3．1．2 微波频率的选择

3．1．3 微波功率的确定

3．1．4 微波干燥室尺寸的确定

3．2 微波干燥室内能量分布

3．3 不同波导数量下电磁场分布情况

3．4 波导不同排列方式对干燥室电磁场分布的影响规律

3．4．1 波导不同排列方式下电磁场分布情况

3．4．2 各料层电场强度分布

3．5 圆角结构对电磁场分布的影响

3．6 有载时电磁场分布情况

3．6．1 物料厚度的确定

3．6．2 有载情况下的电磁场分布

3．7 本章小结

4 微波干燥活性米的过程分析

4．1 微波干燥机建模

4．1．1 几何模型

4．1．2 场方程

4．2 材料与方法

4．2．1 仪器与设备

4．2．2 试验流程

4．2．3 温度和含水率的测定

4．3 验证试验

4．4 通风对活性米微波干燥的影响

4．5 本章小结

5 结论

5．1 主要结论

5．2 研究特色与创新

5．3 不足与完善

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文