微波加熱被認(rèn)為是科學(xué)研究歷史上的重要發(fā)現(xiàn),在食品加工、陶瓷燒結(jié)、金屬冶煉、廢物處理和腫瘤治療等生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,為社會帶來了巨大效益。但是其存在的媒質(zhì)加熱均勻性,局部熱點和熱失控等問題仍然是制約微波加熱進一步發(fā)展的重要難題。特別是在工業(yè)應(yīng)用中,微波加熱設(shè)備因功率原因通常具有多個微波源饋口,因此,對多饋口微波加熱設(shè)備進行熱性能分析以及媒質(zhì)過程溫度實施精確高效的反饋控制有著重要意義。微波加熱技術(shù)屬于交叉學(xué)科,涉及微波電磁場、加熱媒質(zhì)溫度場、材料特性分析以及基于自控原理的控制系統(tǒng)設(shè)計。本文針對一個高功率多饋口微波加熱裝置的加熱均勻性及溫度控制問題進行研究,主要研究內(nèi)容包括:裝置熱性能數(shù)值仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)簡化模型辨識及ANFIS控制策略仿真和實驗分析。首先,在裝置的熱性能分析部分�；贑OMSOL構(gòu)建了1/2全尺寸有限元模型,并通過實驗進行了驗證,證明了模型的有效性。在此驗證模型的基礎(chǔ)上分析了饋口數(shù)量對媒質(zhì)加熱均勻性的改善效果及局部測溫點的溫升特性,并且局部測溫點的溫升特性亦通過實驗進行了驗證。其次,設(shè)計多饋口微波加熱過程溫度控制系統(tǒng)及組態(tài)人機交互界面,并基于自回歸歷遍（AR... 

【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型微波加熱系統(tǒng)構(gòu)成[24]

擼?虼私?存在暫態(tài)熱平衡狀態(tài)，這成為微波加熱過程溫度控制的困難之處。1.2.2微波加熱技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀早在1897年，人類就開始進行空心管中傳播電磁波的理論研究，此后1939年，維利安兄弟制造出了第一支速調(diào)管[28]。20世紀(jì)五十年代開始了微波加熱的研究，1940年，英國伯明翰大學(xué)旳教授發(fā)明生產(chǎn)了大功率的微波元件--磁控管，1945年美國雷聲（Raytheon）公司的斯潘塞博士意外發(fā)現(xiàn)微波的加熱效應(yīng)，同年，Percy提出了微波能應(yīng)用于食品加熱，1947年，第一個微波加熱裝置在美國雷聲（Raython）公司贊助的一個比賽中誕生[29]，如圖1-3所示。該裝置的型號為Radarange1132，微波輸出功率為1.6kW，微波管為水冷永磁磁控管。此后，1950年斯潘塞獲得了美國專利局頒發(fā)的微波爐專利[29]，自此開啟了應(yīng)用微波進行加熱的歷史。圖1-3第一個微波加熱設(shè)備Figure1-3ThefirstRadarange早期的微波加熱裝置爐門具有安全聯(lián)鎖功能，類似如今的家用微波爐在門打開時

西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文160.007469，網(wǎng)格總體積0.2011立方米，如圖2-5所示。圖2-4多饋口微波加熱有限元模型Figure2-4Finiteelementmodelofmulti-feedermicrowaveheating圖2-5COMSOL網(wǎng)格單元質(zhì)量統(tǒng)計信息Figure2-5COMSOLmeshelementqualitystatistics2.3仿真結(jié)果與分析以上完成了有限元模型的構(gòu)建和參數(shù)設(shè)置，接下來需要首先對模型的合理性和有效性進行驗證，然后在基于驗證模型的基礎(chǔ)上仿真分析饋口數(shù)量對媒質(zhì)整體均勻性的影響，測溫點的溫升特性。2.3.1模型驗證模型驗證仿真時，為更好的符合實際情況，將媒質(zhì)相對介電常數(shù)設(shè)置為較為精確的去離子水德拜模型[69]，式(2-12)。相對磁導(dǎo)率為1，電導(dǎo)率為0，導(dǎo)熱系數(shù)κ為0.521-1WmK，導(dǎo)熱系數(shù)表示擴散過程中能量傳輸?shù)乃俾剩芏圈褳?000-3kgm，比熱容Cp為4200-1-1JkgK，傳熱系數(shù)h為10-2-1WmK，傳熱系數(shù)表示對流熱流密度同媒質(zhì)溫度與環(huán)境溫度之差的比值，入射微波頻率f為2.45GHz，功率為5kW。仿真時長200s，步長為1s，初始溫度15.8℃，室溫20℃。仿真結(jié)果如圖2-6所示，圖（a）可以看出溫度場分布是比較均勻的。圖（b）所示的溫升曲線表示坐標(biāo)點(-98,0,358)mm處的溫度過程值，可以看出模擬溫度與測量溫度變化相比具有很好的一致性，因此認(rèn)為所建立的模型是合理的[70,71]。圖2-7為加熱過程

【參考文獻】：
期刊論文
[1]金屬微波熔煉技術(shù)研究與應(yīng)用進展[J]. 劉涇源,陳道明,蘇斌,張新建.  微波學(xué)報. 2019(06)
[2]基于數(shù)值仿真的多饋微波加熱溫度控制系統(tǒng)[J]. 周明長,李少甫.  微波學(xué)報. 2019(05)
[3]熱風(fēng)微波耦合干燥系統(tǒng)的設(shè)計與試驗[J]. 宋瑞凱,張付杰,楊薇,李淑國,郝鐸,姚斌.  包裝與食品機械. 2019(01)
[4]德拜媒質(zhì)微波加熱過程的H_∞保性能溫度跟蹤控制[J]. 鐘佳岐,梁山,熊慶宇.  自動化學(xué)報. 2018(08)
[5]基于動網(wǎng)格的微波加熱溫度均勻性數(shù)值計算方法[J]. 楊彪,王世禮,郭林嘉,彭金輝.  控制與決策. 2019(01)
[6]Numerical modeling dynamic process of multi-feed microwave heating of industrial solution media[J]. 楊彪,孫俊,李瑋,彭金輝,李幼靈,羅會龍,郭勝惠,張竹敏,蘇鶴州,史亞鳴.  Journal of Central South University. 2016(12)
[7]微波加熱均勻性評價模型研究[J]. 石欣,李劍南,熊慶宇,袁宇鵬.  儀器儀表學(xué)報. 2014(09)
[8]微波輔助水處理研究應(yīng)用進展[J]. 紀(jì)仲光,王軍,欒兆坤.  給水排水. 2013(S1)
[9]隨機相位微波功率的空間合成效率[J]. 任學(xué)堯,陳星.  強激光與粒子束. 2009(07)
[10]微波加熱化學(xué)反應(yīng)中熱失控條件的定量研究[J]. 黃卡瑪,盧波.  中國科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué)). 2009(02)

博士論文
[1]利用微波能對褐煤干燥提質(zhì)處理的基礎(chǔ)研究[D]. 朱潔豐.浙江大學(xué) 2017
[2]微波加熱過程有限維熱—電磁耦合建模及魯棒溫度控制[D]. 鐘佳岐.重慶大學(xué) 2017
[3]基于熱動力學(xué)模型的液—固媒質(zhì)微波加熱過程優(yōu)化控制[D]. 袁宇鵬.重慶大學(xué) 2016
[4]大功率微波加熱系統(tǒng)熱性能數(shù)值模擬及智能控制研究[D]. 楊彪.昆明理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]多源多頻微波爐的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 趙虹.電子科技大學(xué) 2019
[2]碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料微波間接加熱固化工藝研究[D]. 成李冰.南京航空航天大學(xué) 2018
[3]基于多率自適應(yīng)的微波加熱過程的溫度控制研究[D]. 宋俊蓉.重慶大學(xué) 2017
[4]PID控制器參數(shù)整定方法研究及其應(yīng)用[D]. 葉政.北京郵電大學(xué) 2016
[5]基于ANFIS的溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D]. 王龍奎.蘭州大學(xué) 2014
[6]PID控制器參數(shù)整定方法及應(yīng)用研究[D]. 韓幫華.青島科技大學(xué) 2009



本文編號：2910498