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微波场均匀性设计及干燥过程数值模拟
作 者: 谈浩
导 师: 陈君若
学 校: 昆明理工大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 微波干燥 谐振腔 电磁场分布 均匀性 数值模拟
分类号: TQ051.892
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
微波干燥技术自上世纪四十年代产生以来,经过几十年的研究和实践,理论研究获得长足进步,应用范围已日趋广泛。由于微波干燥独特的干燥机理,决定了其具有效率高、耗时短、能源利用率高、低污染以及优良的产品质量等特点,已经逐渐得到广泛的认可和应用。本文首先叙述了微波干燥基础知识,对微波的概念及特性,微波干燥的原理及特点以及介质的相关情况有了较为全面的综述和分析;然后介绍了模拟微波干燥过程所要用到的有关传热传质的理论知识,最后主要围绕着矩形谐振腔的设计、矩形谐振腔内电场和磁场的矢量分布以及微波干燥过程数值模拟三部分内容进行研究。微波干燥过程中,微波场的均匀性对干燥的结果有着十分重要的影响。为了得到均匀的微波场,方法之一就是使谐振腔内微波谐振模式数取得最大值。在特定的微波谐振频率下,谐振模式数主要取决于谐振腔的尺寸。通过编程求出在特定谐振频率下的最大模式数,从而得出相应的谐振腔体尺寸。在上述矩形谐振腔结构尺寸设计的基础上,借助于ANSYS软件模拟出微波场内电场和磁场的矢量分布,并对电场和磁场的矢量分布进行理论分析。微波干燥过程主要是在谐振腔内发生,是一个非常复杂的传热传质过程。本文采用近似的处理方式,选择胡萝卜作为干燥介质进行微波干燥过程数值模拟,通过改变微波功率、频率及介质介电常数等参数得出相应的介质温度、含水率等随时间的变化情况,并与热风干燥方式作比较,得出微波干燥较热风干燥具有升温快、干燥时间短、物料含水率低等特点。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-9 第一章 绪论 9-19 1.1 引言 9-10 1.2 微波干燥应用现状 10-11 1.3 微波干燥研究现状 11-16 1.4 选题的意义及研究内容 16-18 1.4.1 选题的意义 16-17 1.4.2 研究内容 17-18 1.5 本章小结 18-19 第二章 微波干燥基础 19-33 2.1 微波基本概况 19-26 2.1.1 微波的概念 19 2.1.2 微波的基本特性 19-23 2.1.3 微波干燥机理分析 23-25 2.1.4 微波干燥的特点 25-26 2.2 电介质基本概况 26-32 2.2.1 电介质的概念 26 2.2.2 电介质的极化 26-29 2.2.3 电介质的介电常数 29-31 2.2.4 电介质的介质损耗 31-32 2.3 本章小结 32-33 第三章 热传导基础 33-43 3.1 导热基本定律 33-35 3.2 导热微分方程 35-38 3.3 导热过程的单值性条件 38-41 3.4 水分扩散方程及其定解条件 41-42 3.5 本章小结 42-43 第四章 矩形谐振腔微波场均匀化研究 43-69 4.1 引言 43-44 4.2 微波谐振腔基本特性参数 44-47 4.2.1 谐振波长 44-45 4.2.2 品质因数 45 4.2.3 等效电导 45-46 4.2.4 阻抗匹配问题 46-47 4.3 矩形谐振腔设计 47-51 4.3.1 矩形谐振腔场型及其特性 47-49 4.3.2 矩形谐振腔设计原则和步骤 49-50 4.3.3 模式数目计算 50 4.3.4 参数设定及求解 50-51 4.4 电磁场基本理论 51-54 4.4.1 Maxwell方程 51-53 4.4.2 电磁场中常见边界条件 53-54 4.5 矩形波导中电磁场分布结构 54-57 4.6 矩形谐振腔内电磁场矢量模拟 57-68 4.6.1 参数的选择 57 4.6.2 谐振腔谐振频率及品质因数 57-58 4.6.3 模拟电磁场矢量分布结果 58-68 4.6.3.1 磁场的矢量分布 58-60 4.6.3.2 电场的矢量分布 60-62 4.6.3.3 谐振腔内磁场强度分布 62-65 4.6.3.4 谐振腔内电场强度分布 65-68 4.7 本章小结 68-69 第五章 微波干燥过程数值模拟 69-83 5.1 数学模型的建立 69-70 5.1.1 传热模型 69-70 5.1.2 传质模型 70 5.2 物料的选取 70-71 5.3 数值模拟过程有关参数的选取 71 5.4 模拟的步骤 71-72 5.5 微波干燥数值模拟结果及分析 72-76 5.5.1 数值模拟结果及分析 72-74 5.5.2 与他人试验的比较 74-75 5.5.3 与热风干燥的比较 75-76 5.6 微波干燥影响因素分析 76-81 5.6.1 微波功率的影响 76-78 5.6.2 微波频率的影响 78-79 5.6.3 物料介电常数的影响 79-81 5.7 本章小结 81-83 第六章 结论与展望 83-85 6.1 本文的主要结论 83 6.2 工作展望 83-85 参考文献 85-91 致谢 91-93 附录A 93-94 附录B 94-95
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工过程用机械与设备 > 物质分离机械 > 干燥设备
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