Математическое моделирование СВЧ нагрева диэлектрика с учетом фазовых переходов

• Автор: Тахаув, Айдар Асгатович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНА ЧЕН ИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МА ТЕМА ТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПРИ СВЧ НАГРЕВЕ

1.1. Сущность нагрева диэлектриков СВЧ энергией

1.2. Сущность задач с фазовым переходом

1.3. Математическая модель СВЧ плавления диэлектрика энергией плоской электромагнитной волны.

1.3.1. Постановка задачи

1.3.2. Составление разностной схемы.

1.3.3. Проведение вычислительного эксперимента

1.4. Исследование СВЧ нагрева снега с различными свойствами

1.4.1. Постановка задачи
1.4.2. Проведение вычислительною эксперимента.
1.5. Описание программ для вычислительного эксперимента
1.5.1. Описание программ
1.5.2. Описание интерфейса
1.6. Выводы но главе.
ГЛАВА 2. МА ТЕМА ТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЧ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИКА В КАМЕРЕ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
2.1. Постановка задачи.
2.2. Составление разностной схемы
2.3. Решение системы разностных уравнений
2.4. Проведение вычислительного эксперимента.
2.4.1. Исследование СВ1 нагрева влажной древесины
2.4.2. Исследование СВЧ нагрева нефти.
2.4.3. Исследование СВЧ нагрева влажного грунта.
2.4.4. Результаты исследований
2.5. Описание программы для вычислительного эксперимента.
2.5.1. Алгоритм программы .
2.5.2. Интерфейс программы
2.5.3. Анализ результатов вычисления программы
2.6. Выводы но главе.
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ.
3.1. Управление электромагнитным нолем при равномерном движении фазовой границы диэлектрика при СВЧ нагреве
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Составление разностной схемы.
3.1.3. Проведение вычислительного эксперимента
3.2. Оптимизация электромагнитного поля в СВЧ камере частично заполненной диэлсктри ком.
3.2.1. Постановка задачи.
3.2.2. Решение задачи и результаты расчтов
. Оптимизация электромагнитного поля вдоль продольной оси СВЧ камеры
3.3.1. Постановка задачи
3.3.2. Решение задачи и результаты расчта.
3.4. Описание программы для вычислительного эксперимента
3.4.1. Описание программ.
3.4.2. Описание интерфейса
3.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Цель работы - построение математических моделей СВЧ нагрева диэлектриков с учетом фазовых переходов, их исследование аналитическими и численными методами, разработка на их основе комплекса программ для проведения вычислительных экспериментов и их использование для выработки рекомендаций по совершенст вованию устройств СВЧ нагрева. Реализовать в виде комплекса программ для проведения вычислительных экспериментов численные методы, используемые при исследовании математических моделей СВЧ нагрева и управления. Методы исследования, достоверность и обоснованность. Для построения консервативной разностной схемы использовался интегро-интерполяционный метод или метод баланса. Для решения задачи Стефана использовался алгоритм переменного шага по времени. Обоснованность и достоверность результатов определяется корректностью использования математических моделей и их адекватностью реальным физическим процессам; совпадением результатов вычислительных экспериментов с данными других авторов. При решении задач использованы современные программные средства, в том числе стандартные пакеты прикладного программного продукта MATHCAD. Разработана программа, предназначенная для расчёта поля температур внутри СВЧ камеры прямоугольного сечения, частично заполненного диэлектриком. Она написана на языке программирования высокого уровня Java в виде клиентского приложения. Исследована математическая модель СВЧ нагрева диэлектрика в СВЧ камере прямоугольного сечения с неполной степенью заполнения диэлектрическим материалом. Поставлена и решена задача управления электромагнитным полем при СВЧ нагреве, позволяющая придавать динамике движения фазовой 1раницы заданный характер и свести нелинейную задачу Стефана к линейной. Получены результаты исследования влияния влажности и пористости на СВЧ нагрев снега. Построена и исследована математическая модель СВЧ нагрева плоскослоистого диэлектрика с учетом фазовых переходов при возбуждении ЭМП плоской электромагнитной волной нормально падающей на его границу. Установлено, что при неизменной амплитуде падающей волны скорость движения фазовой границы не постоянна и уменьшается с увеличением толщины жидкой фазы диэлектрика. Практическая значимость. Полученные результаты делают возможным использовать их при создании эффективных комплексов СВЧ нагрева, а также способствуют развитию теории СВЧ нагрева. Они дают возможность более обосновано подходить к выбору параметров ЭМП СВЧ для решения тех или иных задач обработки различных материалов. Работа выполнялась в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (- гг. Математическое моделирование и управление в задачах механики сплошных сред», регистрационный номер: 2. Результаты работы используются в учебном процессе физико-математического факультета КГТУ им. А.Н. Туполева при курсовом и дипломном проектировании. Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований докладывались и обсуждались на VI, VII, VIII и IX международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» в — гг. Современные технологии - ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» в г. Аминова М. Ш. «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением» в г. XV, XVI и XVIII Международной молодёжной научной конференции «Туполевские чтения» в , и гг. Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ, в том числе 2 статьи - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций, 7 тезисов докладов и 4 публикации в материалах конференций. Получено свидетельство о регистрации программы для расчёта электромагнитного и температурного полей при СВЧ нагреве. Постановка задачи управления электромагнитным полем для обеспечения равномерного движения фазовой границы при СВЧ нагреве и результаты математического моделирования. Математическая модель СВ1! ЭМП плоской электромагнитной волной нормально падающей на его границу и результаты численного моделирования. Результаты математического моделирования СВЧ нафева снега с различными физическими свойствами. Результаты исследования модели СВЧ нафева диэлектрика, частично заполняющего СВЧ камеру прямоугольного сечения.