单模家用微波炉设计及其加热均匀性研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150252506上海海洋大学硕士学位论文题目：单模家用微波炉设计及其加热均匀性研究TheSingle-modeDesignofDomesticMicrowave英文题目：Ovenandit’sHeatingUniformityStudy专业：动力工程研究方向：微波加热姓名：阎若萍指导教师：栾东磊二O一八年五月上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个

2、人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在三年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密■学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日I

3、单模微波炉设计及加热均匀性研究上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注冯欣上海大学副研究员李立上海海洋大学教授雷桥上海海洋大学副教授II上海海洋大学硕士学位论文单模家用微波炉设计及其加热均匀性研究摘要微波炉加热食品时，其微波穿透到食品内部对食品进行整体加热，克服了传统加热方式中传热速率低的问题，能够大幅减少加热时间。家用微波炉有加热速度快，操作方便等优点，已成为家庭中不可或缺的厨房用具。但是微波加热面临的主要问题为微波加热的不均匀性，提高家用微波炉加热的均匀性，为高品质方便食品的普及提供支持，有很重要的意义。本文的主要研究内容和结果如下：（1

4、）利用Quickwave商业软件建立出以家用微波炉为原型的数值模型，并且将利用化学标记法和红外热像仪对该数值模型进行验证，结果为实验得到的热形与模拟得到的热形相一致，保证了该数值模型的正确性。（2）根据电场分布规律设计微波炉是从根本上提高微波加热的不均匀性的方法。本文检测了微波炉加热过程中空载和负载的频率变化图，发现加热过程中微波频率是不断变化的，并且通过数值模拟得出食品热形随频率的变化而变化。为了保证电场的可重复性，本文利用仿真模型研究波腔电场分布稳定、食品热形可重复的方法：一种是通过控制微波炉加热时波源的频率，当波源的频率为中心频率2MHz时，其微波炉加热过

5、程中食品的温度分布不随频率的变化而变化；另一种是通过控制波腔尺寸，当波腔高度≤100mm时，其微波炉加热过程中，食品的温度分布可重复。（3）本文利用数值模型优化圆柱形波腔尺寸，对加热过程中食品内部的相关温度数据进行数理统计，筛选出能量吸收率高、温度分布较均匀的波腔尺寸。其结果为，当食品位于波腔底部时，较好的波腔尺寸的半径和高度分别为：120mm、140mm，120mm、200mm，140mm、160mm，160mm、100mm；当波腔底部到食品底部为20mm时，根据能量吸收率及其均匀性筛选出的波腔尺寸其半径及波腔高度分别为，80mm、100mm，100mm、100

6、mm，100mm、160mm，140mm、100mm，100mm、160mm。并且由模拟后食品内部温度的数理统计发现，当食品在波腔底部和食品悬空与波腔底部，加热过程中食品内部温度的标准偏差范围分别为9.5-28.1和5.3-23.6，因此适当的提高食品在波腔中的高度位置，有利于提高微波炉加热的均匀性。（4）影响微波加热均匀的因素较多，本文主要探究波源形状、食品形状、III单模微波炉设计及加热均匀性研究食品厚度、食品位置对微波炉加热过程中对食品温度分布的影响。结果表明波源形状对微波炉加热食品的影响较小。不同尺寸、不同形状的食品在半径×高为100mm×160mm的波腔

7、里加热，其能量吸收率相近。对于圆形、方形食品，其尺寸越大，平均温度逐渐越小，而对长方形食品，随尺寸增大，其平均温度先增加，后减小，再增加，通过标准偏差可以看出，对于不同形状的食品，食品尺寸越大，温度分布越均匀。在该波腔内厚度不同的食品，其食品加热后冷热程度相差很大。食品的平均温度、能量吸收率及标准偏差是随着厚度的增加先增加后减少的，能量吸收率与均匀性负相关。在半径×高为80mm×100mm的波腔里，食品在中间位置时，标准偏差最小，平均温度最低，能量的吸收率最低；当食品在波腔边缘加热时，食品的能量吸收率高，温度场的均匀性较差。随食品高度位置的增加，平均温度不断增加，

8、标准偏差随