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1、微波加热物体的数值仿真2011年6月23日工作内容二,物体在非正弦波激励下升温过程的计算一,物体在正弦波激励下升温过程的计算三,半导体器件发热的计算四,NND有限元求解一维欧拉方程目的:解决电磁场、热场耦合问题（电磁场耗散能量使物体升温，温升改变物体的介电常数等性质，从而再影响电磁场分布）；给出物体的时域温度变化过程。核心问题:电磁场变化快（ps数量级）与热场变化相对慢(ms-s数量级）的交互影响耦合问题。一,物体在正弦波激励下升温过程的计算（电极化损耗、欧姆损耗）问题描述电磁场迭代达到相对稳态之后，利用热损耗公式计算出电磁损耗，并将其作为热源代入热模型进行热问题求解，若干
2、时间步后更新物性参数（介电系数、电导率等），重新计算电磁场，如此循环直至预定加热时间。基本流程如下：计算电磁场计算耗散功率达到稳态？FDTDHTENOYES开始计算温度场更新介电常数达到预定加热时间？结束YESNO开始计算方法算例1：微波加热水的稳态温度分布水EyHx10cm空气空气Pin=6kW/m2C.A.Vriezinga,Thermalprofilesandthermalrunawayinmicrowaveheatedslabs,J.Appl.Phys.vol.85,no.7,pp.3774~3779,April.1999.被加热物体是置于空气中无限大水片,入射波为
3、频率2.45GHz的平面波。算例验证TanmayBasak,BadriS.Rao，Theoreticalanalysisonpulsedmicrowaveheatingofporkmeatsupportedonceramicplate,MeatScience,86(2010),pp780-793,Aug,2010.算例2：微波加热猪肉猪肉厚度1.6cm，右边是0.2cm厚的陶瓷片。两侧入射波均为1.5W/cm2的平面波,频率2.45GHz。加热时间194s。算例验证加热过程中猪肉上温度差的变化TanmayBasak,BadriS.Rao,Theoreticalanalysi
4、sonpulsedmicrowaveheatingofporkmeatsupportedonceramicplate,MeatScience,86(2010),pp780-793,Aug,2010.算例2：微波加热猪肉算例验证P.Rattanadecho,N.Suwannapum,InteractionsBetweenElectromagneticandThermalFieldsinMicrowaveHeatingofHardenedTypeI-CementPasteUsingaRectangularWaveguide,JournalofHeatTransfer,Vol.1
5、31,pp.082101-1-082101-12,Aug.2009.算例验证算例3：微波加热水泥浆文献结果FDTD-HTE加热20秒后水泥浆纵切面温度分布入射波为2.45GHz,1000W,材料尺寸为(xyz)110mmx55mmx80mm.加热时间20s.前面介绍了正弦电磁场作用下物体热效应的分析方法,当电磁场不是正弦形式时,这种方法并不适用.这时需要用电磁场的瞬时耗散功率分析热效应.达到预定加热时间？结束YESNO开始计算电磁场计算耗散功率计算温度场更新物体的电磁参数二,物体在非正弦波激励下升温过程的计算计算流程脉冲作用下互联线最高温度变化史炎冰,多层高密度互连在静电脉
6、冲作用下的时域非线性有限元电热耦合模拟,上海交通大学硕士论文,2009.互联线温度变化算例验证90nm工艺三层互联线.脉冲作用与顶层中间的互联线上.脉冲形式如下:三,半导体器件发热的计算与普通物体温度场计算不同,半导体器件温度场计算有以下几个特点.1,热源一般根据器件内部电流,电压直接计算.2,当只关心稳态温度时,可以只在空间上迭代求解.上图为SOIMOSFET的三维模型.热源位于栅极下方,P=1mW/um.算例验证算例1：SOIMOSFET的稳态温度分布KunZhang,M.C.Cheng,ThermalCircuitforSOIMOSFETStructureAccoun
7、tingforNonisothermalEffects,IEEETrans.ElectronDevices,vol.57,no.11,pp.2838-2847,Nov.2010.算例验证算例1：SOIMOSFET的稳态温度分布xoy面温度分布-FEMxoy面温度分布-FDTD-THEKunZhang,M.C.Cheng,ThermalCircuitforSOIMOSFETStructureAccountingforNonisothermalEffects,IEEETrans.ElectronDevices,vol.
