微波炉加热仿真及仿真精确度提升

摘要

六十多年前，微波加热原理被发现，应运而生的各种微波炉逐渐让人们看到了这种加热方式所具有的巨大潜力。而到现在微波加热的应用早已不单单局限于厨房电器的使用，在工、农、化、医等行业里面也正在大放异彩。随着应用的深入、交叉学科的发展以及各种各样具有优良性能器件的产生，都极大地推动着微波加热课题的研究并对其提出着更高的要求。
　　微波炉作为最常见的微波加热设备，其核心技术的升级无疑推动着整个微波加热课题水平的进步，固无论是其微波性能还是其结构、生产工艺甚至是成本的改善都具有巨大的研究意义。传统的研究手段在于在旧一代的产品上更新迭代，通过实验改善某一组件的性能或是某一匹配的性能，或者是借助经验手段和电磁仿真软件HFSS等进行改样测试，例如调整外型构造、增加新型材料等等，直到达成或是基本达成某一性能指标，在仿真软件日益完善的功能下，也取得了一系列的成果。但是由于仿真水平的发展有限和其它因素，在加热均匀性及能效这些最直观的实际加热效果上，电磁仿真还未有较为成熟的理论和可靠的数据结果，这源自于复杂的微波源负载特性、具体食物的模型以及电磁热参数的量定等等因素难以确定。
　　本文从微波加热原理及器件诉起，利用仿真软件HFSS、workbench的仿真计算及实验样品测试，利用已有的微波炉产品，通过探寻微波加热水、油及土豆泥的过程，得到具体的加热均匀性数据，同时研究此过程中微波源微波频率的变化，建立一种电磁热耦合仿真手段并对其改善，得到仿真数据。通过实测磁控管工作频谱并优化仿真模型之后仿真得到得五杯水微波加热均匀性为76.75％，与实测值71.88%接近，并在加热冷热点上很好对应。通过VSWR改善仿真频谱之后仿真得到得五杯油温均匀性为65%，位于实测数值范围内。同样的，通过VSWR改善仿真频率之后代入微波加热土豆泥仿真的仿真温度能与实测温度相对应，均匀性也相当。仿真数据接近实验数据，证实了这种微波加热均匀性的仿真方法的可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题选题研究背景

1.2 国内外相关技术发展现状

1.3本文主要研究内容与创新点

第二章 微波加热系统与仿真技术简介

2.1 微波加热器件简介

2.2仿真技术及仿真软件

第三章 微波炉加热仿真及准确度改善

3.1 HFSS电磁仿真及热分析

3.2 Workbench热耦合电磁场模拟微波炉加热

3.3 仿真模型的改善

3.4 小节

第四章 基于频谱的微波加热仿真

4.1 磁控管的频率迁移影响

4.2 基于频谱的仿真频率校准

4.3 微波加热均匀性改善仿真方案

4.4 数据与结果

第五章 食物负载的微波加热仿真探讨

5.1 部分食品的介电性能研究

5.2 花生油的微波加热仿真研究

5.3 土豆泥的微波加热仿真

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果