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2仿真結果與討論
2.1饋口位t對微波加熱效率的影響
為了研究饋口位置對微波加熱效率的影響,仿真饋口位于x=290mm的平面上121個不同位置時樣品吸收功率的百分比。仿真時,首先建立模型,并設置饋口中心位置((290mm,54.6mm, 27.3mm )、激勵頻率(24501v1}Iz)和功率(SOOW)等參數,然后進行網格劃分和求解,最后在后處理中得到饋口的電壓反射系數,并由此計算出微波加熱效率。類似的,沿Y軸以17.58mm為步長平行移動10次;沿z軸以14.54mm為步長平行移動10次,在整個平面上即可計算得到121個饋口位置的微波加熱效率。計算結果表明.饋口位置不同時,微波加熱效率以y=142.5mm平面為對稱面,并且最大微波加熱效率約為70,其位置為(290mm,107.34mm,41.84mm)和(290mm,177.66mm,41.84mm ) o饋口寬邊平行于z軸移動也可得到類似的結果。
2.2樣品大小對微波加熱效率的影響
當樣品體積增大時,微波加熱效率的變化見表1。從表1可以看出,樣品體積越大,則微波加熱效率越高。由于受計算機內存和處理速度的限制,本文尚未涉及更大樣品的微波加熱效率計算問題。
2.3樣品位置對微波加熱效率的影響
為計算樣品處于不同位置時的微波加熱效率,本文設置樣品初始位置的中心坐標為(22.Smm,22.5mm,42.5mm ),在Z=
42.Smm的平面上樣品沿x和Y軸以30~為步長,分別移動8次,在整個平面上即可計算得到81個不同位置的微波加熱效率。計算結果表明,當樣品中心坐標為(142.5mm, 82.Smm,42.Smm)時,最大微波加熱效率達99。
2.4多饋口激勵對微波加熱均勻性的影響
本文比較了單饋口、雙饋口和三饋口激勵時,多模腔內場分布及樣品內的溫度分布,其結果分別見圖2和圖3。圖2為微波爐內Z=42.5mm平面上的電場分布。(a)單饋口激勵,微波功率為SOOW( b )雙饋口激勵,每個饋口微波功率為250W,最小電場為0 V/m,最大為1.55x100V/m; (c)三饋口激勵,每個饋口的微波功率為166.7W,最小電場為0 V/m,最大為1.26x 10'V/m。圖3為微波爐內樣品上表面的溫度分布。(a)為單饋口激勵;(b)為雙饋口激勵;(c)為三饋口激勵。從圖中可以看出,多饋口激勵時,多模腔內的場分布和樣品內溫度分布的均勻性都得到改善。為了定量研究樣品內溫度分布的均勻性,本文計算了多饋口激勵條件下樣品內最高溫度、最低溫度,和平均溫度,并根據公式Uni=T最高一T最低)/T平均,計算了樣品內溫度分布的均勻性,結果表明,單饋口、雙饋口和三饋口激勵時Uni分別等于67% ,18.9%,11%,即多饋口激勵條件下樣品內的溫度分布均勻性得到了極大改善。
2.5仿真結果的驗證
為了驗證以上仿真結果的有效性,本文仿真了文獻中報道的實驗結果,仿真條件如下:饋口中心坐標(600mm, 300mm,
300mm);饋口尺寸86.36mmx43.18mm;樣品中心坐標(xmm,300mm,300mm),計算時樣品平行于x軸移動。仿真值與實驗結果的比較見圖4所示。由圖可見,仿真值與實驗結果的變化趨勢基本吻合。
3結論
多模微波加熱器中,微波加熱效率與饋口位置、樣品大小和樣品位置有關;多饋口激勵能改善微波加熱的均勻性;針對文獻報道的實驗結果,初步證實了本文仿真微波加熱效率結果的有效性,進一步的研究成果待發表。