多物理场模拟物料介电特性对微波加热效率和加热均匀性的影响

韩太柏1, 金光远1, 吴雁泽1, 邹鹏程1
1江南大学
Published in 2020

    针对微波反应器在生产生物柴油时加热不均匀的问题,本文在结构优化后的模型基础上,探究物料介电特性、微波频率、物料量等对微波加热效果的影响。本文所有的仿真工作均通过COMSOL软件进行,使用其中的微波加热模块进行仿真计算。在电磁场中,以材料相对介电常数建立电位移场模型。模型波导外端面设置为矩形端口,并开启端口的微波激励,模式类型采用横电(TE)模式,模数为10,模式相位为0。在研究中分频域和瞬态两个步骤进行,在频域步骤中使用稳态求解器求解微波反应器腔体内的电场分布,以FGMERS法进行迭代求解;在瞬态步骤中使用瞬态求解器求解不同时刻下物料各个位置的温度,使用PARDISO 进行求解。分别是用于计算反应器内电磁场分布的“电磁波,频域(emw)”接口和用于计算物料温度变化的“流体传热(ht)”接口。
    运用COMSOL软件将麦克斯韦方程、传热方程以及流动方程等进行多物理场耦合,以数值模拟的方式对微波腔体内电场、流场以及温度场进行仿真分析,发现物料介电值高时微波加热的效率高,物料介电值低、物料量大时微波加热的均匀性好;微波频率高时微波加热的效率高、均匀性好,频率低时相反。

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