基于聚類熵的微波加熱均勻性評(píng)價(jià)模型研究.pdf

1、“節(jié)能減排”戰(zhàn)略作為我國基本國策之一，已成為國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。對(duì)于國內(nèi)現(xiàn)有的高耗能行業(yè)，微波能具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠有效緩解緊張的能量供給和減少廢氣廢料的排放，對(duì)實(shí)施“節(jié)能減排”戰(zhàn)略的意義重大。
　　微波加熱與常規(guī)熱交換方式不同，是通過微波滲透至物料內(nèi)部使其快速升溫的加熱方式。具有效率高、速度快等特點(diǎn)，對(duì)固態(tài)、液態(tài)物料加熱效果更佳。但由于受物料介電特性、電磁場分布、諧振腔參數(shù)等內(nèi)外因素的影響，使得物料在微波加熱過程中

2、，容易出現(xiàn)局部過熱，甚至產(chǎn)生熱失控的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著微波能的工業(yè)應(yīng)用。因此，解決微波加熱過程中物料溫度的均勻分布，目前已成為微波能廣泛工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)重要研究課題。
　　本文在分析微波加熱勻場理論的基礎(chǔ)上，首先設(shè)計(jì)了微波加熱控制系統(tǒng)，選擇較為成熟的控制算法，保障微波功率的穩(wěn)定輸出，為研究微波加熱過程中物料溫度的分布奠定基礎(chǔ)。在研究經(jīng)典麥克斯韋方程組和熱傳遞方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合熵與譜聚類的概念，提出均勻性評(píng)價(jià)模型，以分析物料在微波加熱過

3、程中溫度場均勻性的分布狀態(tài)，分析局部過熱產(chǎn)生的原因，并尋找解決方法。
　　本文首先采用COMSOL與MATLAB的聯(lián)合仿真，在COMSOL軟件中對(duì)實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行等尺寸建模，得出溫度場、電場幅值、磁場幅值、坐標(biāo)信息等數(shù)據(jù)，并在MATLAB中通過均勻性評(píng)價(jià)模型處理，得出規(guī)律。然后通過微波加熱控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)，探究微波加熱規(guī)律，并與仿真對(duì)比，驗(yàn)證模型的正確性和有效性，為微波加熱研究提供新的指導(dǎo)意義。研究結(jié)果表明：微波加熱的均勻性取決

4、于物料特性本身和微波諧振腔內(nèi)電磁場分布的均勻性；當(dāng)單一增加微波輸入功率而物料初始溫度不變時(shí)，輸入功率在600W以上，物料溫度分布的均勻性不在變壞；當(dāng)單一增加物料初始溫度而輸入功率不變時(shí)，初始溫度越高，物料加熱后的均勻性越好；當(dāng)改變圓柱形物料在微波諧振腔內(nèi)的位置時(shí)，圓心坐標(biāo)為（14/20*do，5/20*wo）時(shí)，均勻性評(píng)價(jià)結(jié)果最小，物料加熱均勻性最好；當(dāng)改變波導(dǎo)口位置時(shí)，波導(dǎo)口坐標(biāo)為(0,11/20*d0,3/14*h0)時(shí)，物料加熱效