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基于HFSS的微波烧结腔场分布的仿真研究

杜君  
【摘要】:近年来,对于微波的利用已经深入很多行业,而其独特的加热性质更是在工业上得到了非常广泛的应用,微波烧结技术便是微波加热的一个典型应用。微波烧结是利用微波与材料的耦合来产生热量,通过材料的介质损耗达到整体加热的目的直到满足烧结温度条件来实现材料的致密化烧结,这是工业烧结制备结构陶瓷、微波粉末冶金等的重要手段。 微波烧结设备中的核心部分就是微波烧结腔体,通常所使用的微波烧结腔分为单模烧结腔和多模烧结腔。单模烧结腔由于电磁场场强相对集中、便于控制和调节等优点得到了广泛的应用,其中以TE103模式的烧结腔最为典型,它具有较稳定的场分布和较高的场强密度。多模烧结腔腔内存在多种谐振模式,加热均匀性弱于单模腔,但对于烧结较大的负载又有其一定的优越性。 为了更有效地实现微波烧结,我们需要在烧结腔中获得尽可能大的均匀场分布区域,所以我们需要选择合适的腔体尺寸,而腔体内场分布情况也将是一个我们需要研究的关键点。以往的解析方法只能处理简单的烧结腔模型,对于复杂腔体或者加载样品的腔体模型,只能借助电磁仿真软件所采用的数值计算方法。 本论文研究的目的就是借助Ansoft公司的三维电磁仿真软件HFSS模拟微波烧结腔内的电磁场分布情况,以更有效的确定和优化腔内的电磁场均匀分布区域。HFSS采用的是有限元法(FEM)来将腔体划分成网格进行区域离散化,而后将结果整合并通过直观的结果图显现出来,利用这些结果我们进行多方讨论与深入研究,确定合适的腔体长度,找出影响腔内场分布的几个参数,对比单模腔与多模腔加热模式的分布图,找到最有利的烧结位置,并针对不足之处做一定的优化,从而提高微波烧结炉的工作效率,这对促进微波烧结设备的发展提供了强有力的理论依据,具有重要的研究与实用价值。


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