基于聚类熵的微波加热均匀性评价模型-研究

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1、中文摘要摘要“节能减排”战略作为我国基本国策之一，已成为国家经济可持续发展的坚实基础。对于国内现有的高耗能行业，微波能具有广泛的应用前景，能够有效缓解紧张的能量供给和减少废气废料的排放，对实施“节能减排”战略的意义重大。微波加热与常规热交换方式不同，是通过微波渗透至物料内部使其快速升温的加热方式。具有效率高、速度快等特点，对固态、液态物料加热效果更佳。但由于受物料介电特性、电磁场分布、谐振腔参数等内外因素的影响，使得物料在微波加热过程中，容易出现局部过热，甚至产生热失控的现象，严重制约着微波能的工业应用。因此，解决微波加热过程中物料温度的均匀分布，目前已成为微波

2、能广泛工业应用的一个重要研究课题。本文在分析微波加热匀场理论的基础上，首先设计了微波加热控制系统，选择较为成熟的控制算法，保障微波功率的稳定输出，为研究微波加热过程中物料温度的分布奠定基础。在研究经典麦克斯韦方程组和热传递方程的基础上，结合熵与谱聚类的概念，提出均匀性评价模型，以分析物料在微波加热过程中温度场均匀性的分布状态，分析局部过热产生的原因，并寻找解决方法。本文首先采用COMSOL与MATLAB的联合仿真，在COMSOL软件中对实物系统进行等尺寸建模，得出温度场、电场幅值、磁场幅值、坐标信息等数据，并在MATLAB中通过均匀性评价模型处理，得出规律。然后

3、通过微波加热控制系统，设计对应实验，探究微波加热规律，并与仿真对比，验证模型的正确性和有效性，为微波加热研究提供新的指导意义。研究结果表明：微波加热的均匀性取决于物料特性本身和微波谐振腔内电磁场分布的均匀性；当单一增加微波输入功率而物料初始温度不变时，输入功率在600W以上，物料温度分布的均匀性不在变坏；当单一增加物料初始温度而输入功率不变时，初始温度越高，物料加热后的均匀性越好；当改变圆柱形物料在微波谐振腔内的位置时，圆心坐标为（14/20*do，5/20*wo）时，均匀性评价结果最小，物料加热均匀性最好；当改变波导口位置时，波导口坐标为(0,11/20*d0

4、,3/14*h0)时，物料加热效果最好。总之，均匀性评价模型能够有效的分析微波加热过程中物料温度分布的特点，并通过微波加热控制系统进行验证。关键词：评价模型，微波加热，均匀性，谱聚类，熵I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTThe"Energy-savingemissionreduction"strategyhasbecomeasolidfoundationforthenationaleconomysustainabledevelopment,whichasoneofthebasicnationalpolicyofChina.Themicrowave

5、energycanbewidelyapplicationinthehighenergyconsumingindustries.Inthefuture,themicrowaveenergycaneffectivelyalleviatethetensionofenergysupplyandreducingemissionsofwaste.Thus,it’sagreatsignificanceforthe"Energy-savingemissionreduction"strategywhenwidelyusedthemicrowaveenergy.TheMicrowa

6、veheatingisdifferenttotheconventionalheating,whichthroughthemicrowavepenetrationtotheinteriorofthematerialstomakerapidheating.Microwaveheatinghasthecharacteristicsofhighefficiency,fastspeed,andtothematerialsofsolidorliquidcanbebetterheating.However,thefactorsofmaterialdielectricprope

7、rties、thedistributionofelectromagneticfield、theresonatorparametersandotherinternalorexternalfactors,whichcanpronetooverheatingintheprocessofmicrowaveheatingandevenproducethethermalrunawayphenomenon.Thus,thephenomenonoftheoverheatingandthethermalrunawaycanseriouslyrestrictingtheindust

8、rialapplicat