【摘要】：加熱不均勻和微波能利用效率偏低是制約微波技術(shù)在食品生產(chǎn)過(guò)程中規(guī)�；瘧�(yīng)用的瓶頸.提出在腔體內(nèi)壁設(shè)置圓柱形凸槽的優(yōu)化策略,利用有限元法仿真研究凸槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微波反應(yīng)器加熱效率和均勻性的影響.研究結(jié)果表明:圓柱形凸槽結(jié)構(gòu)能有效提升微波反應(yīng)器的加熱效率和加熱均勻性,且彼此之間存在著一系列規(guī)律,優(yōu)化后微波反應(yīng)器的加熱效率達(dá)到98.53%,均勻性最大提升幅度達(dá)到54.12%.
【圖文】：

計(jì)算凸槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微波吸收效率和加熱均勻性的影響，通過(guò)綜合分析獲得一系列可用于同時(shí)優(yōu)化微波反應(yīng)器加熱效率和均勻性的基本規(guī)律，為微波反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持．1模型和理論1．1模型研究模型以項(xiàng)目組正在使用的箱式爐為基礎(chǔ)，在內(nèi)腔壁四周設(shè)置半圓柱型凸槽，如圖1所示．腔體內(nèi)部尺寸為400mm×380mm×240mm，圓柱體負(fù)載的半徑為Ｒ、高度為h，負(fù)載底面距離箱底的高度為H，饋口中心離腔體頂面中心的水平距離為99．3mm，饋口激勵(lì)源中心頻率為2．45GHz，腔內(nèi)所加負(fù)載材料為混合粉末物料，其等效介質(zhì)參數(shù)ε'r=5、tanδ=0．0025．定義半圓柱型凸槽的底面半徑為r，圓心到腔壁的垂直距離為d，模型如圖2所示．根據(jù)文獻(xiàn)［17］的微波反應(yīng)器優(yōu)化參數(shù)，選取負(fù)載的最優(yōu)尺寸及位置參數(shù)為Ｒ=150mm，h=140mm，在此基礎(chǔ)上設(shè)置2個(gè)凸槽均勻分布于內(nèi)腔體壁上(如圖3所示)，分析研究凸槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微波吸收效率和加熱均勻性的影響．圖1具有半圓柱型凸槽的箱式爐模型Fig．1Box－typemodewithsemicylindricalconvexgroovestructure1．2理論1．2．1微波吸收功率由微波與介質(zhì)的相互作用理論可知，在微波加熱腔內(nèi)，被加熱介質(zhì)單位體積所吸收微波的功率P為［26］:P=12ωε″|E|2，(1)式中:ω為微波角頻率(rad/s);E為電場(chǎng)強(qiáng)度圖2凸槽平面模型Fig．2Innerconvexgroovestructuremodel圖3凸槽分布模型Fig．3Innerconvexgroovedistributionmodel(V/m);ε″為介質(zhì)介電常數(shù)的虛部．由(1)式可知，在其它條件不變的情況下，介質(zhì)材料吸收功率P與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比，即介質(zhì)負(fù)載吸收的微波功率取決于加熱腔體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E．微波的吸收效率η可表示為:η=1－(P11+P22)/2－P21，其中，P11、P22分別為饋口1和饋

微波反應(yīng)器加熱效率和均勻性的基本規(guī)律，為微波反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持．1模型和理論1．1模型研究模型以項(xiàng)目組正在使用的箱式爐為基礎(chǔ)，在內(nèi)腔壁四周設(shè)置半圓柱型凸槽，如圖1所示．腔體內(nèi)部尺寸為400mm×380mm×240mm，圓柱體負(fù)載的半徑為Ｒ、高度為h，負(fù)載底面距離箱底的高度為H，饋口中心離腔體頂面中心的水平距離為99．3mm，饋口激勵(lì)源中心頻率為2．45GHz，腔內(nèi)所加負(fù)載材料為混合粉末物料，其等效介質(zhì)參數(shù)ε'r=5、tanδ=0．0025．定義半圓柱型凸槽的底面半徑為r，圓心到腔壁的垂直距離為d，模型如圖2所示．根據(jù)文獻(xiàn)［17］的微波反應(yīng)器優(yōu)化參數(shù)，選取負(fù)載的最優(yōu)尺寸及位置參數(shù)為Ｒ=150mm，h=140mm，在此基礎(chǔ)上設(shè)置2個(gè)凸槽均勻分布于內(nèi)腔體壁上(如圖3所示)，分析研究凸槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微波吸收效率和加熱均勻性的影響．圖1具有半圓柱型凸槽的箱式爐模型Fig．1Box－typemodewithsemicylindricalconvexgroovestructure1．2理論1．2．1微波吸收功率由微波與介質(zhì)的相互作用理論可知，在微波加熱腔內(nèi)，被加熱介質(zhì)單位體積所吸收微波的功率P為［26］:P=12ωε″|E|2，(1)式中:ω為微波角頻率(rad/s);E為電場(chǎng)強(qiáng)度圖2凸槽平面模型Fig．2Innerconvexgroovestructuremodel圖3凸槽分布模型Fig．3Innerconvexgroovedistributionmodel(V/m);ε″為介質(zhì)介電常數(shù)的虛部．由(1)式可知，在其它條件不變的情況下，，介質(zhì)材料吸收功率P與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比，即介質(zhì)負(fù)載吸收的微波功率取決于加熱腔體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E．微波的吸收效率η可表示為:η=1－(P11+P22)/2－P21，其中，P11、P22分別為饋口1和饋口2本身的反射功率，P21為饋口1和2之間的透射功率．1．2．2均勻性評(píng)價(jià)方法微波場(chǎng)分布的

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