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《电子科技大学》 2010年
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基于ADI-FDTD的微波加热模型研究

李鹏飞  
【摘要】: 由于普遍存在介电损耗,材料在微波场中会受热升温,而高温对很多微波系统的工作可靠性和效率都有较大影响,例如微波烧结以及各类微波器件的发热等都属于这类问题。无论对于利用微波加热的系统还是避免这种热效应的系统,了解微波加热的机理以及受热介质内部温度的分布及其变化规律是非常必要的。 要掌握介质内部温度场的分布光靠反复的试验是远远不够的,而且事实上材料内部的温度分布也很难通过试验的方法得到。因此,为了分析微波作用于材料时的加热效应,我们通过将电磁理论与传热学相结合,建立了统一的微波-热模型。利用该模型可对介电材料受热的非线性过程进行数值模拟,得到其温度分布规律和变化的时域过程。从而用以指导微波加热或高频电子系统的优化设计,使之能够达到预期的要求,以减少实际工作中的盲目性,减少人力和物力的投入。也可通过改变相关参数,用以研究不同参数对介质受热的影响。这样的工作无论对工业生产还是科学研究都具有重要的现实意义,其模拟和分析方法在微波加热技术等相关的领域有着广泛的应用和发展前景。 本文工作主要包括以下四个方面: 1、建立了基于ADI-FDTD的微波-热耦合数学模型,并对微波-热模型传热边界算法进行了改进。 2、为了获得最佳的腔体结构,使用三维电磁仿真软件HFSS对微波加热用烧结腔进行了仿真和优化。 3、为了验证该数学模型的可行性,使用MATLAB软件编程建立了微波加热物理模型,并与实验数据进行了对比,结果表明本文提出的思路是可行的。 4、将微波热模型应用于实际的微波陶瓷烧结实例中,分析了陶瓷烧结过程的温度变化和分布规律,以及材料的相关参数对稳态温度变化规律的影响,对微波陶瓷加热技术的应用提供了指导。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN015

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 宋天柱;货油微波加热实验与理论研究[D];大连海事大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张劲松,曹丽华,杨永进,沈学逊,沈志翔,夏非;微波烧结关键技术的进展[J];材料导报;1994年02期
2 贺明寿,黄卡玛;反应混合物等效介电常数与温度关系的经验插值公式[J];电波科学学报;2001年03期
3 周健;雷震东;刘泉;沈熙宁;;微波加热原理及在工业中的应用[J];电子器件;1997年01期
4 朱守正;温变参数材料微波加热的数值模拟[J];电子学报;1994年09期
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7 周健,刘桂珍,潘劲,程吉平,梅炳初;Al_2O_3 陶瓷的微波介电特性研究[J];武汉交通科技大学学报;1999年04期
8 闫丽萍,黄卡玛,刘长军,杜国宏;微波加热FDTD模拟中时间压缩因子的研究[J];四川大学学报(自然科学版);2003年02期
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10 刘波,任武,高本庆,杨仕明;一种有效减少ADI-FDTD数值色散的方法[J];微波学报;2003年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 纪海翔;基于FDTD的微波热模型分析[D];西安电子科技大学;2004年
2 吕莹;采用FDTD法进行乳腺肿瘤电磁辐射加温治疗及其优化问题的研究[D];沈阳工业大学;2008年
3 李延威;空间行波管收集极的热分析[D];电子科技大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 顾媛媛;吴先良;;时域有限差分方法分析微带天线散射参数和方向图[J];合肥师范学院学报;2008年03期
2 丁让箭,吴先良,张玉梅,赵谨;四阶指数差分及其在FDTD中的应用[J];安徽大学学报(自然科学版);2003年02期
3 尹玉,吴先良;基于时域多分辨分析方法的散射场计算[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
4 王建永;陆雪平;杨建设;陈秉岩;;一种新的角点和边棱处理方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年02期
5 赵佳;吴先良;程媛;;MLC-FDTD在波导带通滤波器设计中的应用[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年02期
6 蔡二平 ,蒋全兴;用时域有限差分法模拟千兆赫兹横电磁波室的馈电接头[J];安全与电磁兼容;2004年06期
7 陈鑫;胡军;;电磁脉冲对埋地电缆耦合的FDTD仿真分析[J];安全与电磁兼容;2006年06期
8 曾繁春;陈加清;梁妙元;王盼;;冲击泄流时接地体周围电势分布的FDTD分析[J];安全与电磁兼容;2010年01期
9 于大鹏;宋航;;PCB的FDTD-PSPICE混合分析方法研究[J];安全与电磁兼容;2010年05期
10 吴琼;;电磁带隙结构的优化设计[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴琼;;人工神经网络在基片集成波导滤波器设计中的应用[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(工科卷)[C];2005年
2 曹明;于小利;罗中涌;公勋;章德;;声表面波器件的有限时域差分模拟[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
3 王春;;一种新型宽带HF单极子天线[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
4 杨凌霞;葛德彪;魏兵;;金属表面搭接缝隙电磁耦合效应分析[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
5 胡晓娟;葛德彪;杨利霞;;MC-FDTD分析低频电磁脉冲对钢筋混凝土的穿透特性[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
6 郑宏兴;郁道银;;添加各向异性参数修正ADI-FDTD算法中的数值色散[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
7 李鹏飞;谢扩军;;微波陶瓷加热的数值模拟[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
8 王梦麟;张学庆;王新鲁;;战场电磁环境分析模型体系结构研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
9 王波;刘旭;徐杰;洪玮;于兵;柏宁丰;肖金标;孙小菡;;楔形光纤和InP基平面光波光路芯片的耦合分析[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
10 李童;;Matlab与电磁场算法FDTD[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘少刚;基于单一平面电容传感器的木材含水率检测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 易煦农;人工电磁材料的光学特性及应用研究[D];华中科技大学;2010年
3 王海涛;月球车热控关键问题研究及材料光谱性质的选择性调节[D];中国科学技术大学;2010年
4 李学识;基于表面波驱动的等离子体天线及其阵列技术研究[D];华南理工大学;2010年
5 赵立华;纳米尺度光波导及微结构若干性质研究[D];南开大学;2010年
6 廖臣;三维电磁粒子模拟并行算法及其应用研究[D];电子科技大学;2010年
7 荆燕飞;线性方程组迭代法与预条件技术及在电磁散射计算中的应用[D];电子科技大学;2010年
8 任志刚;预条件算法及在电磁场数值模拟中的应用[D];电子科技大学;2010年
9 赖生建;计算电磁学中的径向基无网格法[D];电子科技大学;2010年
10 郑罡;频域有限差分方法的改进研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 滕巍;左手介质基本电磁特性的时域分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘兴鹏;基于微波同轴谐振腔物料密度测量技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王化宇;基于时域有限差分法的微带结构电磁兼容研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 白彦丽;电磁脉冲对开孔屏蔽腔耦合效应的仿真分析[D];沈阳理工大学;2010年
5 王富明;探地雷达的FDTD建模与仿真[D];南昌大学;2010年
6 卢怡;高速动车组车厢屏蔽效能研究[D];北京交通大学;2010年
7 唐霜露;磷石膏介电性及其微波热分解模拟仿真研究[D];昆明理工大学;2010年
8 蔡云秀;基于ANSYS的普洱茶微波干燥过程温度场的数值分析[D];昆明理工大学;2009年
9 夏灿;介质目标电磁散射特性的矩量法分析[D];安徽大学;2010年
10 蒋征;通信系统中有源和无源器件的高功率电磁脉冲效应研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 史际昌,殷佩海,张立法;用数值方法计算油轮货油舱的温度场[J];大连海运学院学报;1989年03期
2 周健;雷震东;刘泉;沈熙宁;;微波加热原理及在工业中的应用[J];电子器件;1997年01期
3 陈艳;左兰兰;吉川昇;谷口尚司;;微波场中加热水的模拟计算[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2006年04期
4 韩光泽;陈明东;郭平生;李绍新;;微波辅助萃取的微波吸收系数与吸收功率密度[J];华南理工大学学报(自然科学版);2007年04期
5 刘敬贤;构建现代大型油轮货油温度自动控制系统[J];交通标准化;2003年Z1期
6 黄向东,李建保,谢志鹏,黄勇;微波与无机非金属介质的相互作用[J];无机材料学报;1998年03期
7 康健;微波加热技术及其在农副产品加工中的应用[J];西北农业学报;1999年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 陈良;油船货舱内状态的仿真研究[D];大连海事大学;2003年
2 金志辉;基于FLUENT平台的油轮货油加热和保温过程的研究[D];大连海事大学;2006年
3 邓斯萍;微波加热技术在稠油开采中的应用研究[D];沈阳工业大学;2006年
4 张园园;热油管道停输降温过程的数值计算[D];中国石油大学;2007年
5 杨超;72000吨油轮货油加热保温操作系统开发研究[D];大连海事大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张劲松,曹丽华,杨永进,沈学逊,沈志翔,夏非;微波烧结关键技术的进展[J];材料导报;1994年02期
2 谢德馨,唐任远;计算电磁学近年来的若干重要成果——第15届COMPUMAG会议概述[J];电工技术学报;2005年09期
3 徐烈,杨军,徐佳梅,周淑亮,胡江武,张存泉,唐应堂;低温下固体表面接触热阻的研究[J];低温与超导;1996年01期
4 朱守正;微波箱式加热器中场分布的研究[J];电子学报;1988年04期
5 谢志鹏,黄勇,吴,鹿安理,郑隆烈,李健保;ZTA陶瓷微波烧结研究[J];硅酸盐学报;1995年01期
6 许敏;;结合面接触热阻模型研究与应用[J];机械制造;2006年01期
7 姚列明;杨中海;李斌;黄桃;;行波管收集极的热分析[J];强激光与粒子束;2006年01期
8 闫丽萍,黄卡玛,刘长军,杜国宏;微波加热FDTD模拟中时间压缩因子的研究[J];四川大学学报(自然科学版);2003年02期
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10 高峰,刘其中,单润红,肖良勇;遗传算法与FDTD优化设计智能天线阵[J];微波学报;2005年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郭潇菲;天线问题的FDTD研究[D];西安电子科技大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周国祥,侯整风,郭骏,石雷,杨明武;基于圆柱坐标非均均FDTD网格的图形可视化[J];工程图学学报;2004年04期
2 李峰,张福顺,焦永昌;宽带平面Balun偶极子天线的FDTD分析[J];现代电子技术;2003年07期
3 莫锦军,刘少斌,袁乃昌,张光甫;一种节省内存的降维时域有限差分法及其在散射计算中的应用[J];微波学报;2004年01期
4 李斌;张玉;梁昌洪;;FDTD结合最小二乘拟合法分析PBG滤波结构[J];电子与信息学报;2006年04期
5 张军伟;李嘉;;路面雷达电磁波在色散介质的FDTD模拟[J];河南科学;2006年06期
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7 杨晓理;时域有限差分法(FDTD)在柱形光波导分析中的应用[J];厦门科技;2004年04期
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9 焦永昌;潘雪明;王泽美;张福顺;;一种开双H形槽的新型宽频微带天线[J];电波科学学报;2005年05期
10 赵俊春;陈鹤鸣;马骏;;FDTD方法验证左手材料光子晶体平板的负折射[J];山西电子技术;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 张子俊;高本庆;;用FDTD法研究敷有吸波薄层导体目标的RCS[A];1995年全国微波会议论文集(上册)[C];1995年
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6 马积福;高本庆;;FDTD/表面积分法求金属散射体的远场[A];1995年全国微波会议论文集(上册)[C];1995年
7 兰婧;戴婧怡;牛帅;杨阳;;基于弱条件稳定的FDTD方法的复杂微带滤波器的电磁特性分析[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
8 胡淑欣;窦文斌;;几种T结波导环行器的FDTD法分析[A];2002海峡两岸三地无线科技研讨会论文集[C];2002年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 慧文;塑料饭盒微波加热或释放有害物质[N];中国包装报;2011年
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4 高春富;关于采用微波烘烤香酥馍片的可行性研究[N];中国食品质量报;2005年
5 王京生;希悦尔公司快尔卫食品包装荣获三项国际包装大奖[N];中国包装报;2007年
6 刘遵宪;节能高效的微波染色技术[N];中国纺织报;2005年
7 蒲昭和;大蒜还是生吃好[N];健康报;2004年
8 本报记者 朱艳燕;烹调家电面临文化挑战[N];中华工商时报;2006年
9 陈化南;从杜邦包装创新奖看食品包装之发展[N];中国包装报;2008年
10 贵州 罗华;格兰仕WD700A型烧烤微波炉检修一例[N];电子报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈智慧;扩展FDTD算法研究[D];西安电子科技大学;2007年
2 孔永丹;基于分裂步长的无条件稳定FDTD算法研究[D];华南理工大学;2011年
3 姚斌;FDTD方法在电磁场本征值问题中的应用研究[D];云南大学;2011年
4 王健;电磁脉冲与舰船典型结构之间电磁相互作用的混合FDTD方法研究[D];上海交通大学;2012年
5 雷继兆;PC和服务器集群下的并行FDTD算法及其应用研究[D];西安电子科技大学;2009年
6 孙兵兵;基于FDTD算法的介观及微观物理问题的研究[D];安徽大学;2013年
7 丁海;突变介质区域高精度FDTD算法研究[D];西安电子科技大学;2008年
8 杜刘革;基于多GPU的FDTD并行算法及其在电磁仿真中的应用[D];山东大学;2011年
9 金涛斌;不同结构DGS微波滤波器的传输特性研究[D];天津大学;2011年
10 李娟;粗糙面及其与目标复合电磁散射的FDTD方法研究[D];西安电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李鹏飞;基于ADI-FDTD的微波加热模型研究[D];电子科技大学;2010年
2 何翔;“蓝田”微波化学反应器数值模拟与实验[D];四川大学;2005年
3 黄明红;FDTD方法在半空间散射问题中的应用[D];西安电子科技大学;2011年
4 王祎君;等离子体电磁散射CDLT-FDTD算法及M-UPML吸收边界研究[D];江苏大学;2010年
5 吴锋涛;高效率微带天线阵研究[D];国防科学技术大学;2003年
6 李新硕;并行FDTD算法和并行遗传算法及其在复杂天线设计中的应用研究[D];四川大学;2004年
7 宋健;微波光子晶体的共形FDTD仿真研究[D];西安电子科技大学;2004年
8 曾浩;FDTD及其并行算法在粗糙面和目标复合电磁散射中的应用[D];西安电子科技大学;2010年
9 荆敏娟;单光纤光镊的FDTD模拟分析及实验设计[D];燕山大学;2010年
10 户仕明;FDTD时域波形外推预测和ADI-FDTD的研究[D];南京理工大学;2004年
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