多孔介质微波加热热质传递过程的研究

摘要

不同于传统的加热方式，微波加热其由内到外热量梯度的独特干燥方式使其具有加热速度快，节约能源等优点。因此，微波加热被广泛应用于化工、食品、材料加工、医学治疗等行业，尤其在食品干燥行业。然而加热过程中物料温度的不均匀分布导致产品品质降低及产品安全性等问题制约着微波加热技术的发展。
　　在微波加热过程中，热量和质量的传递过程同时进行，物料内部的温度变化及分布非常复杂，其主要取决于微波腔内电磁场的分布、物料的介电特性、物料的几何形状及尺寸等。物料形状不同，其内部的电磁场分布不同，从而导致物料内的温度分布也不同，水分的迁移又受到温度的影响。在微波加热过程中，物料的介电特性、温度、湿含量、微波穿透深度、电磁场及单位体积吸收的微波功率等参数相互影响、互相耦合，因此，探究微波加热的机理和热质传递的过程成为目前研究的热点。
　　本课题采用实验方法，以土豆和白萝卜为物料，研究了其形状尺寸、腔体大小、波导位置、物料种类对物料温度分布的影响。结果表明:不同形状的物料，其内部温度分布不同，对于正方体会出现温度沿棱角分布的不均匀现象，圆柱体的温度分布均匀性较优;小尺寸物料的热点集中在中心，并向边缘传递，大尺寸物料的热点出现在边角;小腔体内物料对能量的利用更高，温升也更大;靠近微波源的一侧显示明显的温度升高;介电常数大的物料温度升高要低于介电常数小的物料;本论文还针对不同体积、不同表面积物料对微波功率吸收效率进行研究，发现大体积和大表面积的物料对微波能量利用更高。通过对土豆和白萝卜干燥曲线的研究，发现湿含量大的物料干燥速率快，对能量的利用较高。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 微波基本介绍

1．2 微波加热技术

1．2．1 微波加热原理

1．2．2 微波加热特点

1．3 微波技术的应用与发展

1．4 多孔介质传热传质理论

1．4．1 多孔介质简介

1．4．2 传热传质机理

1．5 选题背景与意义

1．6 论文研究内容

2 实验装置与方法

2．1 实验装置

2．1．1 加热装置

2．1．2 测量装置

2．2 实验方法

2．2．1 物料的选择

2．2．2 实验方法

2．3 微波炉腔内电磁场的研究

2．3．1 电磁场的测试方法

2．3．2 测试结果

2．4 微波辐射功率吸收效率的测试

2．4．1 测试方法

2．4．2 测试结果

3 物料传热过程的研究

3．1 物料内部的温度分布研究

3．1．1 不同形状物料的温度分布

3．1．2 腔体不同位置处的温度分布

3．1．3 不同腔体尺寸的温度分布

3．1．4 不同种类物料的温度分布

3．2 物料的功率吸收

3．2．1 不同体积的影响

3．2．2 不同表面积的影响

4 物料传质过程的研究

4．1 基本概念及相关公式

4．1．1 物料的含水率及降水速率

4．1．2 干燥速率曲线

4．2 实验结果分析

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢