一种微波加热系统及均匀加热方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微波加热系统及均匀加热方法：包括辐射器、介质层和承载腔；所述介质层中设置有供承载腔放置的容置腔，所述承载腔设置在容置腔中，辐射器沿介质层的周向位置均匀设置，所述介质层与辐射器接触的端面为非曲面，使微波在接触的端面上能够避免微波聚焦；本方案提供一种紧凑型的圆柱目标微波加热系统，实现微波的均匀加热，结构简单成本低廉，能够承受较大的微波功率并有效提高对于圆柱目标的抗聚焦性。标的抗聚焦性。标的抗聚焦性。

【技术实现步骤摘要】
一种微波加热系统及均匀加热方法


[0001]本专利技术涉及微波加热领域，特别涉及一种微波加热系统及均匀加热方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，微波能作为一种新型高效的清洁能源在食品加工、化工、医药等各个领域得到了越来越多的应用。与传统的加热调相方法相比，微波加热具有高效节能、选择加热、清洁无污染等特点。如今，微波加热在许多领域得到了广泛的应用。然而，在微波加热圆柱目标的过程中往往会产生聚焦，从而使得目标温度分布不均匀。从而存在热失控等安全隐患，这些问题在很大程度上制约了微波能在微波加热的大规模应用。因此，提高对圆柱目标加热的抗聚焦性成为微波加热研究的重点；
[0003]微波圆柱形加热系统往往存在体积大，系统复杂等问题。这些问题在很大程度上制约了微波能在圆柱形容器的方向的应用，例如罐装食品消毒，巴氏杀菌，液相加热等。因此，紧凑型圆柱目标加热系统的成为微波加热研究的重点；
[0004]现有技术为了实现客体均匀加热，避免电场聚焦，通常需要使用的到搅拌棒、旋转上升台等复杂装置，从而导致结构复杂、体积庞大、成本较高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对上述不足之处提供一种微波加热系统及均匀加热方法，解决了现有技术中对圆柱形客体进行加热时，需要使用的到搅拌棒、旋转上升台等复杂装置，从而导致结构复杂、体积庞大、成本较高的问题。
[0006]本专利技术是通过下述方案来实现的：
[0007]一种微波加热系统；包括辐射器、介质层和承载腔；所述介质层中设置有供承载腔放置的容置腔，所述承载腔设置在容置腔中，辐射器沿介质层的周向位置均匀设置，所述介质层与辐射器接触的端面为非曲面，使微波在接触的端面上能够避免微波聚焦。
[0008]基于上述一种微波加热系统的结构，所述介质层整体结构为长方体结构，所述容置腔同轴设置在长方体长度方向的中心，所述辐射器设置在介质层矩形端面上。
[0009]基于上述一种微波加热系统的结构，所述介质层的介电系数ε＝(1
±
10％)被加热负载的介电系数。
[0010]基于上述一种微波加热系统的结构，还包括加热腔，所述加热腔中设有支撑柱，所述支撑柱设置在介质层的四个角落上，所述支撑柱相互连接形成对于介质层进行支撑的框架结构，所述辐射器的端面与加热腔的内部连接；所述支撑柱采用金属材料制备而成，能够形成对于相邻端面之间辐射器微波的阻挡结构。
[0011]基于上述一种微波加热系统的结构，所述支撑柱为长方体结构，支撑柱的四个角分别形成4个尖锐端，每个尖锐端分别与介质层的尖端接触，将介质层固定在加热腔中。
[0012]基于上述一种微波加热系统的结构，支撑柱自身存在一定厚度，相邻支撑柱之间形成空气层，所述空气层的厚度为相邻支撑柱端面的厚度，所述辐射器的输出端设置在空
气层中，且辐射器的输出端能够在被固定之前可调节。
[0013]基于上述一种微波加热系统的结构，所述辐射器设置在介质层端面的几何中心上，所述辐射器为L型金属辐射器，L型金属辐射器包括L型输出端和同轴介质，所述同轴介质为圆形结构，同轴介质设置在加热腔的内壁上，通过转动同轴介质使L型输出端的角度发生改变。
[0014]本专利技术提供一种微波均匀加热方法，其包括以下步骤：
[0015]步骤一：盛放圆柱物料，将圆柱物料放入承载腔中，将承载腔放入介质层中心的容置腔中；
[0016]步骤二：偏转辐射器的角度，同时将每个辐射器中输入相位依照预设步进从0～360度进行参数扫描，计算出样品的温度的变化系数，得到每个辐射器的最佳角度，以及对圆柱物料均匀加热的最佳方案。
[0017]在步骤二中，利用COMSOL软件进行计算，其中采用电磁学方程、热学方程和耦合方程对辐射器与圆柱物料的辐射均匀程度进行判断，同时通过温度的变化系数的计算方程得出4个辐射器最佳的输入相位。
[0018]电磁学方程具体为：
[0019][0020][0021][0022][0023]其中电场强度，是磁场强度，ε为介电常数，为电位移矢量，为电流密度，为磁感应强度，ρ
e
为电荷密度，和t是时间；
[0024]热学方程具体为：
[0025][0026]其中ρ为介质的密度C
p
为样品的常压热容，k为样品的热导率，T为温度；
[0027]耦合方程具体为：
[0028][0029]ω＝2πf
[0030]其中Q
e
为电磁功率损耗，ω为角频率，f为频率，ε0真空中的介电常数，ε
″
相对介电常数的虚部；
[0031]温度的变化系数(COV)的计算方程具体为：
[0032][0033]其中T
i
点温度，T
a
平均温度，n总的网格点数，T0初始温度。
[0034]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0035]1、本方案提供一种紧凑型的圆柱目标微波加热系统，实现微波的均匀加热，结构简单成本低廉，能够承受较大的微波功率并有效提高对于圆柱目标的抗聚焦性。
[0036]2、本系统主要用于对圆柱物料进行加热，圆柱形物料放置于承载腔3中，通过辐射器将微波从介质层的预定端面向圆柱物料进行热辐射，由于存在非曲面的介质层端面，当微波照射到该介质结构时，微波由于其结构的变化，传播路径会发生偏转，从而避免聚焦现象的产生。
附图说明
[0037]图1为本专利技术整体的立体结构示意图；
[0038]图2为本专利技术整体的俯视结构示意图；
[0039]图3为本专利技术中辐射器的结构示意图；
[0040]图4为是否存在外方内圆结构加热效果对比图；
[0041]图5为是否存在调相的加热效果对比图；
[0042]图6为最终加热效果2D切面图；
[0043]附图说明：1、辐射器；2、介质层；3、承载腔；4、容置腔；5、圆柱物料；6、支撑柱；7、尖锐端；8、空气层；11、L型输出端；12、同轴介质。
具体实施方式
[0044]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0045]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0046]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0047]此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波加热系统，其特征在于：包括辐射器、介质层和承载腔；所述介质层中设置有供承载腔放置的容置腔，所述承载腔设置在容置腔中，辐射器沿介质层的周向位置均匀设置，所述介质层与辐射器接触的端面为非曲面，使微波在接触的端面上能够避免微波聚焦。2.如权利要求1所述的一种微波加热系统，其特征在于：所述介质层整体结构为长方体结构，所述容置腔同轴设置在长方体长度方向的中心，所述辐射器设置在介质层矩形端面上。3.如权利要求1或2所述的一种微波加热系统，其特征在于：所述介质层的介电系数ε＝(1
±
10％)被加热负载的介电系数。4.如权利要求1或2所述的一种微波加热系统，其特征在于：还包括加热腔，所述加热腔中设有支撑柱，所述支撑柱设置在介质层的四个角落上，所述支撑柱相互连接形成对于介质层进行支撑的框架结构，所述辐射器的端面与加热腔的内部连接；所述支撑柱采用金属材料制备而成，能够形成对于相邻端面之间辐射器微波的阻挡结构。5.如权利要求4所述的一种微波加热系统，其特征在于：所述支撑柱为长方体结构，支撑柱的四个角分别形成4个尖锐端，每个尖锐端分别与介质层的尖端接触，将介质层固定在加热腔中。6.如权利要求5所述的一种微波加热系统，其特征在于：支撑柱自身存在一定厚度，相邻支撑柱之间形成空气层，所述空气层的厚度为相邻支撑柱端面的厚度，所述辐射器的输出端设置在空气层中，且辐射器的输出端能够在被固定之前可调节。7.如权利要求6所述的一种微波加热系统，其特征在于：所述辐射器设置在介质层端面的几何中心上，所述辐射器为L型金属辐射器，L型金属辐射器包括L型输出端和同轴介质，所述同轴介质为圆形结构，同轴介质设置在加热腔的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱铧丞，杨阳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：