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2仿真结果与讨论
2.1馈口位t对微波加热效率的影响
为了研究馈口位置对微波加热效率的影响,仿真馈口位于x=290mm的平面上121个不同位置时样品吸收功率的百分比。仿真时,首先建立模型,并设置馈口中心位置((290mm,54.6mm, 27.3mm )、激励频率(24501v1}Iz)和功率(SOOW)等参数,然后进行网格划分和求解,最后在后处理中得到馈口的电压反射系数,并由此计算出微波加热效率。类似的,沿Y轴以17.58mm为步长平行移动10次;沿z轴以14.54mm为步长平行移动10次,在整个平面上即可计算得到121个馈口位置的微波加热效率。计算结果表明.馈口位置不同时,微波加热效率以y=142.5mm平面为对称面,并且最大微波加热效率约为70,其位置为(290mm,107.34mm,41.84mm)和(290mm,177.66mm,41.84mm ) o馈口宽边平行于z轴移动也可得到类似的结果。
2.2样品大小对微波加热效率的影响
当样品体积增大时,微波加热效率的变化见表1。从表1可以看出,样品体积越大,则微波加热效率越高。由于受计算机内存和处理速度的限制,本文尚未涉及更大样品的微波加热效率计算问题。
2.3样品位置对微波加热效率的影响
为计算样品处于不同位置时的微波加热效率,本文设置样品初始位置的中心坐标为(22.Smm,22.5mm,42.5mm ),在Z=
42.Smm的平面上样品沿x和Y轴以30~为步长,分别移动8次,在整个平面上即可计算得到81个不同位置的微波加热效率。计算结果表明,当样品中心坐标为(142.5mm, 82.Smm,42.Smm)时,最大微波加热效率达99。
2.4多馈口激励对微波加热均匀性的影响
本文比较了单馈口、双馈口和三馈口激励时,多模腔内场分布及样品内的温度分布,其结果分别见图2和图3。图2为微波炉内Z=42.5mm平面上的电场分布。(a)单馈口激励,微波功率为SOOW( b )双馈口激励,每个馈口微波功率为250W,最小电场为0 V/m,最大为1.55x100V/m; (c)三馈口激励,每个馈口的微波功率为166.7W,最小电场为0 V/m,最大为1.26x 10'V/m。图3为微波炉内样品上表面的温度分布。(a)为单馈口激励;(b)为双馈口激励;(c)为三馈口激励。从图中可以看出,多馈口激励时,多模腔内的场分布和样品内温度分布的均匀性都得到改善。为了定量研究样品内温度分布的均匀性,本文计算了多馈口激励条件下样品内最高温度、最低温度,和平均温度,并根据公式Uni=T最高一T最低)/T平均,计算了样品内温度分布的均匀性,结果表明,单馈口、双馈口和三馈口激励时Uni分别等于67% ,18.9%,11%,即多馈口激励条件下样品内的温度分布均匀性得到了极大改善。
2.5仿真结果的验证
为了验证以上仿真结果的有效性,本文仿真了文献中报道的实验结果,仿真条件如下:馈口中心坐标(600mm, 300mm,
300mm);馈口尺寸86.36mmx43.18mm;样品中心坐标(xmm,300mm,300mm),计算时样品平行于x轴移动。仿真值与实验结果的比较见图4所示。由图可见,仿真值与实验结果的变化趋势基本吻合。
3结论
多模微波加热器中,微波加热效率与馈口位置、样品大小和样品位置有关;多馈口激励能改善微波加热的均匀性;针对文献报道的实验结果,初步证实了本文仿真微波加热效率结果的有效性,进一步的研究成果待发表。