微波加熱
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-03-22
微波加熱的視頻教程
利用動網格技術實現旋轉微波加熱食物-comsol
? 本課程講述了微波加熱原理和利用動網格技術實現食物的移動，完善了微波爐內加熱的物理仿真模型，同時講解了如何利用自動重新剖分網格技術避免網格畸變和反轉單元格的出現。歡迎大家收看，有需要模型的人，可以加我QQ號3537438249.
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微波加熱的實例教程
本案例基于COMSOL軟件采用微波對主要成分為SiO2的物料加熱，觀察物料升溫過程中爐腔磁場、溫場隨時間的變化。模型如圖所示：
微波波導輸入功率和加熱溫度隨時間變化曲線如圖所示：
樣品溫度場隨時間分布云圖如圖所示（本案例只計算了300s）：
本案例提供了一種微波加熱物體仿真的技術方法，感興趣的朋友，交流模型
一、背景介紹
微波爐是一種常用的食物加熱工具，主要是由腔室、磁控管、波導管三個部分組成。在工作過程中，磁控管產生波長約為12.2cm的微波（對應頻率2.45GHz），通過波導管注入腔室內，在腔室內產生振蕩的磁場和電場，引起食物內水分子等極性分子的快速運動，從而產生熱量，加熱食物。
圖1 微波爐示意圖
但在日常生活使用中，我們經常會碰到這樣的問題：為什么加熱后的食物第一口燙嘴，但是第二口下去卻又冷冰冰的？到底要加熱多長時間才合適？食物在微波爐內到底是從內向外加熱還是從外向內加熱？
為了解開這些疑惑，我們通過仿真分析，可以計算出食物在加熱過程中，腔室內電磁場分布情況、食物功率損耗密度分布和食物傳熱分布。基于Simdroid多物理場仿真Paas平臺開發的微波爐多物理場分析APP，可以對微波爐工作過程中食物加熱機理進行快速分析并對加熱過程進行直觀展示。
二、仿真APP解決方案
通過采用多物理場仿真平臺Simdroid提供的電磁－熱耦合分析功能，可以對微波加熱食物過程中電磁場分布以及食物加熱溫升過程進行同步分析計算。基于其內置的APP開發器，以無代碼化的方式便捷封裝全參數化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經驗等固化為微波爐多物理場仿真APP，可供沒有仿真經驗的使用者快速上手使用。
本文以一個功率為1kW的典型微波爐為例，介紹微波爐多物理場仿真APP的制作方法，并基于仿真APP對不同食物材料參數、不同食物大小、不同加熱時長結果進行對比和評估，揭示微波爐加熱過程中的多物理場耦合過程。
1、仿真流程搭建
1）新建高頻電磁－熱耦合多場仿真工程。
圖2 新建多物理場工程界面
2）參數化建模。建立微波爐和食物模型，將其關鍵設計尺寸參數化。
展開 軟件中預定義的接口包括焦耳熱，感應加熱，微波加熱 和激光加熱。
焦耳熱
焦耳熱多物理接口耦合了固體傳熱 與電流 接口（AC/DC 模塊）。它考慮了由傳導電流和介電損耗產生的熱量。
使用 焦耳熱接口模擬電阻裝置。
將添加為熱源添，在頻域中，或在時域中，。
在頻域中，采用電導率（σ）和復數相對介電常數（ε”） 表示材料的損耗：
感應加熱多物理接口耦合了固體傳熱與磁場接口（AC/DC 模塊）。它考慮了由感應電流和磁損耗產生的熱量。
使用感應加熱接口對交流線圈中的鐵磁體芯進行建模。
將添加為熱源項,在頻域中，，;在時域中，，而 Qml 與磁滯模型有關。
在頻域中，用電導率（σ）來表示材料的電阻損耗并對B和H的關系進行線性化處理，用復磁導率（μ”）表示材料的磁損耗：
微波加熱
微波加熱多物理接口耦合了固體傳熱 與電磁波，頻域 接口（RF模塊）。它考慮了高頻狀態下由電阻、電介質和磁損耗產生的熱量。
使用 “微波加熱”接口 對 微波爐進行模擬。
將 添加為熱源項，在頻域中， ， 。如上圖所示，在頻域中，用電導率（σ），復磁導率（μ”）和復相對介電常數（ε”）表示材料損耗。
激光加熱
激光加熱 多物理接口耦合了固體傳熱 接口與電磁波，波束包絡（波動光學模塊）。它考慮了在高頻狀態下由電阻，電介質和磁損耗產生的熱量。
使用激光加熱接口對入射高斯光束進行建模。
將 添加為熱源項，在頻域中，， 。如上圖所示，在頻域中，用電導率（σ），復磁導率（μ”）和復相對介電常數（ε”）表示損耗的材料特性。
上面我們介紹了 COMSOL 軟件中所有多物理場接口的頻域公式，以及低頻（AC/DC 模塊）接口的時域公式。同時，為了完整描述損耗，焦耳加熱 接口了考慮了介電損耗（用 ε” 表示），盡管這種損耗通常僅在高頻狀態下才重要。
展開 七、經典多物理場耦合案例
1、微波加熱模型分析：材料參數隨溫度變化，微波加熱過程中樣品的移動和旋轉問題分析，多孔介質的傳熱傳質分析，微波加熱過程中的相變處理方法
2、揚聲器模型分析：電磁計算分析，線性擾動分析，震動模式分析，BL值計算策略，模型簡化原則以及電磁——結構——聲全耦合分析
3、聲波無損檢測分析：鋼軌裂紋案例分析
4、壓電 —— 聲波測井分析： 壓電——結構——聲 全耦合分析計算，發射和接受聲波分析，正反壓電計算分析，三者相互作用全耦合分析
5、可根據學員要求進行其他案例的補充與講解，包括射頻，光學，流固耦合，傳熱傳質等案例。
6、結合以上每個內容的模型進行教學，共計約17個模型
7、歡迎各位學員帶上自己的模型前來參加培訓，我們將全力為你們解決問題。
由于文件內容較多，詳細內容可聯系報名老師，多有打擾請多見諒！
聯系人：吳熠燦
電話：13522797150
咨詢qq：1498958601
資料分享qq群：645440540（加群備注吳熠燦邀請）
COMSOL多物理場耦合應用技術.pdf
展開 七、經典多物理場耦合案例
1、微波加熱模型分析：材料參數隨溫度變化，微波加熱過程中樣品的移動和旋轉問題分析，多孔介質的傳熱傳質分析，微波加熱過程中的相變處理方法
2、揚聲器模型分析：電磁計算分析，線性擾動分析，震動模式分析，BL值計算策略，模型簡化原則以及電磁——結構——聲全耦合分析
3、聲波無損檢測分析：鋼軌裂紋案例分析
4、壓電 —— 聲波測井分析： 壓電——結構——聲 全耦合分析計算，發射和接受聲波分析，正反壓電計算分析，三者相互作用全耦合分析
5、可根據學員要求進行其他案例的補充與講解，包括射頻，光學，流固耦合，傳熱傳質等案例。
6、結合以上每個內容的模型進行教學，共計約17個模型
7、歡迎各位學員帶上自己的模型前來參加培訓，我們將全力為你們解決問題。
由于文件內容較多，詳細內容可聯系報名老師，多有打擾請多見諒！
聯系人：吳熠燦
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二、仿真APP解決方案
通過采用多物理場仿真平臺Simdroid提供的電磁－熱耦合分析功能，可以對微波加熱食物過程中電磁場分布以及食物加熱溫升過程進行同步分析計算。基于其內置的APP開發器，以無代碼化的方式便捷封裝全參數化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經驗等固化為微波爐多物理場仿真APP，可供沒有仿真經驗的使用者快速上手使用。
此次研發的氮化鎵晶體管不僅可以應用于5G通信基站、氣象雷達、衛星通信領域，還有望應用于微波（Micro）加熱器（以往一般采用真空管）、等離子（Plasma）加工等諸多領域。
上述研發成果于2023年11月15日（星期三）發表于國際學術期刊《Small》上。
微波加熱的原理簡單說來是：當微波輻射到食品上時，食品中總是含有一定量的水分，而水是由極性分子（分子的正負電荷中心，即使在外電場不存在時也是不重合的）組成的，這種極性分子的取向將隨微波場而變動。由于食品中水的極性分子的這種運動。以及相鄰分子間的相互作用，產生了類似摩擦的現象，使水溫升高，因此，食品的溫度也就上升了。用微波加熱的食品，因其內部也同時被加熱，使整個物體受熱均勻，升溫速度也快。
波導可以在微波和毫米波頻段中傳輸電磁波，在通信、雷達、微波加熱、光學、天線和實驗室測試等領域應用廣泛。常見的波導類型有矩形波導、同軸線、共面波導、微帶線波導等。復雜的電子電路系統通常集成了多個模塊和多種類型波導，這些模塊之間的信號傳輸需要將不同類型的波導進行連接，實現信號模式轉換或高效率傳輸。
轉換設計的方式有很多，按結構類型可劃分為：空間耦合轉換、過渡結構轉換和匹配網絡轉換等。
微波光學設備的生產商和銷售商；
微波毫米波設計軟件的生產商和銷售商；
微波毫米波電容、電感和大功率電阻等產品的生產商和銷售商；
射頻電路板、連接器和微波暗室吸波材料、微波元器件、無線等其它相關電子材料等產品的生產商和銷售商；
微波元件：電阻、電容、三極管、場效應管、電子管、集成電路；
通信微波整機：移動通信、擴頻微波、微波點對點、尋呼相關等相關配套和輔助產品；
微波能設備：微波加熱器
催化材料在CO2轉化過程中發揮著重要作用，產生了許多有趣的組合，如微波催化、光電催化、光熱催化及等離子體催化等．微波輻射加熱被證明有利于CH4-CO2催化重整反應[92]．等離子體技術在CO2轉化過程中顯示了突出優勢和獨特功能，與電催化和熱催化相比，太陽能直接將CO2轉化為合成氣過程的能源效率能夠達到20%，而等離子體技術能源效率可達60%～80%．CO2光電化學催化還原是光催化與電催化的結合[93
模型如圖所示：
微波波導輸入功率和加熱溫度隨時間變化曲線如圖所示：
樣品溫度場隨時間分布云圖如圖所示（本案例只計算了300s）：
本案例提供了一種微波加熱物體仿真的技術方法，感興趣的朋友，交流模型
研究者將帶有和不帶有LM/PDMS網格屏蔽層包覆的等量去離子水置入微波爐中，在微波加熱20秒后，不帶有屏蔽層的去離子水的溫度從室溫飆升至70 °C以上，而有復合材料屏蔽層的去離子水在微波處理過程中始終保持穩定的溫度（30°C以下）。此外，作者進一步展示了LM/PDMS網格格復合材料在無線電力傳輸系統中作為EMI屏蔽的概念驗證應用。
從微波爐的名字，我們不難猜出，微波爐其實就是利用“微波”來加熱食物的，一般采用的頻率是2.45GHz的微波。可能很多人看到這里會有疑問：到底什么是微波？</p><p> 微波爐所使用的的微波頻率是2.45GHz，對應的波長大概是12.24厘米。也就是說，這種微波在空氣中傳播時，波長是12.24厘米，不過當它穿過葡萄時，情況就不太一樣了。
7、利用AC/DC模塊解決電磁場建模的一般過程（模式選擇、幾何優 化、邊界條件設定、網格劃分、求解器設置、后處理圖形顯示等）
六、COMSOL微波加熱技術詳解。
微波加熱理論介紹、在COMSOL中的仿真要點詳解
1、理論介紹。
