基于頻域有限差分法的TE-,103-微波諧振腔電磁-熱模型研究.pdf

1、微波加熱具有快速加熱、均勻加熱、節(jié)能、高效、安全、環(huán)保且易于控制等優(yōu)點(diǎn)，目前它在許多科技領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文選用頻域有限差分法(Finite-Difference Frequency-Domain，簡(jiǎn)稱FDFD法)這一數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)來研究TE<,103>型諧振腔中微波作用于被加熱介質(zhì)的加熱效應(yīng)及其效果。具體來說，首先建立了基于FDFD法進(jìn)行數(shù)值分析的電磁-熱模型，應(yīng)用該模型模擬計(jì)算了微波加熱具體介質(zhì)時(shí)被加熱介質(zhì)內(nèi)的溫度分布情況。

2、 本論文的內(nèi)容共分為五部分： 1.論述學(xué)位論文的研究背景及其意義，最后確定本文的主要研究方法和研究?jī)?nèi)容。 2.首先通過傅立葉變換將Maxwell方程組變換為頻域Maxwell方程組，這就是本研究中的電磁模型。然后借鑒Maxwell時(shí)域有限差分法(FDTD法)差分方程的推導(dǎo)過程，從頻域Maxwell方程的微分形式出發(fā)，采用Yee元胞進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并用中心差分代替微分，最終推導(dǎo)出Maxwell頻域有限差分方程。而后分

3、別確定所研究問題的吸收邊界條件和總場(chǎng)邊界條件，并選取合理的外圍邊界條件和設(shè)置激勵(lì)源。同時(shí)在確定空間步長(zhǎng)時(shí)要避免頻域有限差分法中可能會(huì)出現(xiàn)的數(shù)值色散問題。最后通過數(shù)值計(jì)算就可以得到所研究問題的電磁場(chǎng)規(guī)律。 3.根據(jù)微波加熱的特點(diǎn)，選取熱傳導(dǎo)的微分方程來作為本研究的熱模型。并結(jié)合電磁模型，將熱傳導(dǎo)微分方程進(jìn)行傅立葉變換。也采用上述Yee元胞進(jìn)行網(wǎng)格劃分，但是溫度節(jié)點(diǎn)位于Yee元胞的中心。具體計(jì)算時(shí)需要先確定溫度場(chǎng)的初始條件和邊界條件

4、，同時(shí)也要避免出現(xiàn)數(shù)值色散問題。將上述電磁模型與熱模型結(jié)合進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，就可以得到所研究微波加熱介質(zhì)內(nèi)的溫度空間分布結(jié)果。 4.根據(jù)上述所建立的電磁-熱模型，選擇對(duì)微波有強(qiáng)烈吸收性的水這～介質(zhì)來進(jìn)行微波加熱的數(shù)值模擬計(jì)算，利用Matlab軟件編程計(jì)算，從而得到了空腔時(shí)諧振腔內(nèi)部的電場(chǎng)分布、加載介質(zhì)水時(shí)諧振腔電磁場(chǎng)分布、不同迭代時(shí)水的溫度場(chǎng)空間分布。最后對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析，說明了數(shù)值模擬方法的正確性以及合理性。 5.對(duì)