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基于FDTD的微波热模型分析

纪海翔  
【摘要】: 本论文题目来源于国家自然科学基金项目“半导体特性FDTD全域建模”中的热模型分析。文中的主要工作是分析微波作用于材料时的加热效应并建立应用FDTD方法进行分析的电磁—热模型。据此,模拟了一些具体的微波加热实例,并与实验结果进行了比对。 首先,本文简单介绍了建立电磁模型中所需采用的时域有限差分Yee算法的差分方程、稳定性条件、边界条件、激励波源设置等的基本原理和一些用于加速FDTD算法的改进方法。其中,详述了多时间步长(MTS)方法和频率相关时域有限差分((FD)~2TD)方法。 接着,文中提出了微波加热情况下的电磁—热模型,详细分析了传导和辐射传热模型及热模型边界条件的设置,并和电磁模型整合为分析整个微波加热过程的新模型——电磁—热模型。 最后,文中给出了采用上述方案分析微波炉加热胶体材料和均匀平面波垂直入射空气—媒质交界面热模型的实例。给出了初始温度随时间分布,辐射加热,微波加热,混合加热,采用(FD)~2TD方法等情况下的数值模拟结果,并与原始实验结果进行了比对。验证了所提出电磁—热模型的可行性和可靠性。指出了存在的问题,以期在后续工作中加以解决。


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