承载体对微波加热效果影响的仿真研究

作     者：张志浩 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尚小标

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0806[工学-冶金工程] 080601[工学-冶金物理化学] 

主      题：微波加热 坩埚 支撑件 加热效果 仿真模拟 

摘      要：承载体是微波冶金炉中常使用的工具,其主要包括微波加热用容器和支撑件。目前,容器和支撑件的使用主要以经验为主,对容器的几何参数和支撑件的结构对微波加热效果的影响考虑较少。事实上,容器的几何参数和支撑件的结构均会影响谐振腔内的电磁场分布进而影响微波加热效率及加热均匀性等微波加热效果。而提升微波加热效率及加热均匀性对于节能减排以及提升产品质量具有重要意义。本文利用仿真技术,以透波莫来石容器、吸波碳化硅容器和工字型支撑件为研究对象,探究了莫来石坩埚和碳化硅坩埚的几何参数及支撑件的结构对微波加热效果的影响,并比较了莫来石坩埚和碳化硅坩埚对物料进行微波加热时产生的不同效果。本文的主要研究内容如下:(1)分别探究了圆柱形莫来石坩埚的高度、壁厚及内径对微波加热效果的影响。研究发现:莫来石坩埚的不同高度、壁厚及内径均会影响微波加热过程。仅改变莫来石坩埚高度时,高度为50 mm时,物料升温最快,加热效率最高;高度为25 mm时,物料的温度均匀性最好。仅改变莫来石坩埚壁厚时,壁厚为7mm时,物料升温最快,加热效率最高;壁厚为3 mm时,物料的温度均匀性最好。仅改变莫来石坩埚内径时,内径为25 mm时,物料升温最快,加热效率最高;内径为40 mm时,物料的温度均匀性最好。(2)分别探究了圆柱形碳化硅坩埚的高度、壁厚及内径对微波加热效果的影响。研究发现:碳化硅坩埚的不同高度、壁厚及内径均会影响微波加热过程。仅改变碳化硅坩埚高度时,高度为40 mm时,物料升温最快,加热效率最高;高度为50 mm时,物料的温度均匀性最好。仅改变碳化硅坩埚壁厚时,壁厚为7mm时,物料升温最快,加热效率最高;壁厚为3 mm时,物料的温度均匀性最好。仅改变碳化硅坩埚内径时,内径为25 mm时,物料升温最快,加热效率最高;内径为50 mm时,物料的温度均匀性最好。在仅改变坩埚材料时,使用碳化硅坩埚加热物料与使用莫来石坩埚加热物料相比,碳化硅坩埚的使用可使物料有更高的微波加热效率但其温度均匀性有所降低。(3)设计了3种支撑件结构,并分析了其应用于以莫来石坩埚加热物料和以碳化硅坩埚加热物料时对微波加热效果的影响。研究发现:以莫来石坩埚对物料进行加热时,装配方孔基板的支撑件使物料有最优的微波加热效率,装配原基板的支撑件使物料获得最优的温度分布。以碳化硅坩埚加热物料时,装配六方孔基板的支撑件使物料有最优的加热效率,装配方孔基板的支撑件使物料获得最优的温度分布。