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微波加热具有快速加热、均匀加热、节能、高效、安全、环保且易于控制等优点,目前它在许多科技领域得到了广泛的应用。本文选用频域有限差分法(Finite-Difference Frequency-Domain,简称FDFD法)这一数值模拟计算技术来研究TE<,103>型谐振腔中微波作用于被加热介质的加热效应及其效果。具体来说,首先建立了基于FDFD法进行数值分析的电磁-热模型,应用该模型模拟计算了微波加热具体介质时被加热介质内的温度分布情况。
本论文的内容共分为五部分:
1.论述学位论文的研究背景及其意义,最后确定本文的主要研究方法和研究内容。
2.首先通过傅立叶变换将Maxwell方程组变换为频域Maxwell方程组,这就是本研究中的电磁模型。然后借鉴Maxwell时域有限差分法(FDTD法)差分方程的推导过程,从频域Maxwell方程的微分形式出发,采用Yee元胞进行网格划分,并用中心差分代替微分,最终推导出Maxwell频域有限差分方程。而后分别确定所研究问题的吸收边界条件和总场边界条件,并选取合理的外围边界条件和设置激励源。同时在确定空间步长时要避免频域有限差分法中可能会出现的数值色散问题。最后通过数值计算就可以得到所研究问题的电磁场规律。
3.根据微波加热的特点,选取热传导的微分方程来作为本研究的热模型。并结合电磁模型,将热传导微分方程进行傅立叶变换。也采用上述Yee元胞进行网格划分,但是温度节点位于Yee元胞的中心。具体计算时需要先确定温度场的初始条件和边界条件,同时也要避免出现数值色散问题。将上述电磁模型与热模型结合进行数值计算,就可以得到所研究微波加热介质内的温度空间分布结果。
4.根据上述所建立的电磁-热模型,选择对微波有强烈吸收性的水这~介质来进行微波加热的数值模拟计算,利用Matlab软件编程计算,从而得到了空腔时谐振腔内部的电场分布、加载介质水时谐振腔电磁场分布、不同迭代时水的温度场空间分布。最后对数值模拟结果进行分析,说明了数值模拟方法的正确性以及合理性。
5.对全文进行总结,同时提出有待进一步研究和解决的问题。