微波炉加热均匀性研究.pdf

随着社会进步和微波能利用技术的发展，微波炉的使用越来越普及。因微波具有良好的穿透性，能直接将微波能量送入被加热物体内部，实现了对物品内部和外部同时加热，因而极大地缩短了加热时间，提高了加热效率。此外，微波加热食品既不产生油烟、一氧化碳等有害物质，又能够最大限度地不破坏食品的营养成分，真正体现了现代人健康饮食的理念。　　本文介绍了微波炉的发展过程，突出了传统微波炉加热不均的缺点及现用的常规克服方法：一种是在微波炉加热腔底部放置由电机带动旋转的食品托盘，另一种是在微波炉加热腔顶部放置由电机带动旋转的场搅拌器。此两种方法能在一定程度上克服微波炉加热的不均匀性，但都需要在微波炉加热腔中放置额外器件，给使用带来了不便，也增加了微波泄漏的风险。　　深入研究微波加热的机理后发现，决定微波炉加热均匀性的主要因素是电场分布的均匀性。而微波炉中电场的分布与微波炉加热腔的形状、加热腔中微波的谐振模式、磁控管频率的波动和介质对微波炉腔体的扰动等因素有关。本文对微波在介质中的传播特性、微波多模谐振腔理论、介质谐振器理论、谐振腔的微扰理论等进行了深入研究。非谐振态的介质能够起到聚集微波能量，提高多模谐振腔谐振模式数的作用，且其介电常数越高，其聚集微波能量的能力越强，谐振态微波介质具有明显的谐振峰，能够起到俘获微波能量，提高介质内部和附近空间电磁场能量密度的作用，两种状态互补，就可在微波炉中获得较好的匀场效果。　　本文结合微波加热理论和上述结论，提出了两种新的改善微波炉加热均匀性的方法，一种是在现有的微波炉中放置合理设计的微波陶瓷，另一种是将微波炉磁控管改成变频工作状态。根据第一种方法研制出了柔性快速解冻板、非谐振态匀场板和谐振态匀场板，根据第二种方法设计出了具有匀场功能的变频微波炉。　　文中采用软件，对上述两类改善微波炉加热均匀性的方法进行了仿真，并制作出样机进行了实验。仿真和实验结果都验证了这两种方法的可行性和合理性，本文的研究成果现已在小范围推广使用。