Opvarmning i Mikrobølgeovn: Beregninger med Finite Element metoden
-
Upload
cameron-graham -
Category
Documents
-
view
37 -
download
3
description
Transcript of Opvarmning i Mikrobølgeovn: Beregninger med Finite Element metoden
Opvarmning i Mikrobølgeovn:Beregninger med Finite Element metoden
Danish Technological Institute
Lars Rindorf
Mikrobølgeovn
Ovn som varmer med radiobølger
Elektrisk frekvens 2.45 GHz
Bølgelængde l = 12 cm
Materialer er karakteriseret ved:– Elektrisk permitivitet
• = brydningsindeks2
– Tabstangent• angiver absorption
– Varmekapacitet – Massetæthed– Varmeledningsevne
Madvarer og væsker absorberer stråling men glas og keramik er næsten gennemsigtigt
Udfordringer med mikroovn
Ovnens rum er omtrent samme størrelse som bølgelængde l.– Ujævn opvarmning pga. ujævn elektromagnetisk tæthed
Komplekst fysisk problem:– Elektromagnetisk
• Ovenstørrelse sml. bølgelængde giver stort numerisk problem• Usikkerhed på elektromagnetiske parametre (svære at måle)
– Varmeledning• Madens absorption afhænger af temperatur• Luftkonvektion spiller en betydelig rolle• Vanddamp i luften måske betydelig
– Tid: Stråling ændrer sig på ~ nanosekund, varmeledning ~1 sekund– Roterende tallerken med mad– 3D
= ulineært koblet elektromagnetisk og varmelednings problem i 3 dimensioner
Finite element metode
Deler rummet op i ’endelige elementer’ Kan i teori og praksis løse hele problem eksakt Kræver betydelig computerkraft + viden Forsimplende antagelser (i vores model)
– Ingen luft- og væskekonvektion– Varmeabsorption konstant i temperatur– Tallerken roterer ikke
Inderside af oven (metal) Keramikkrus med ’suppe’
Strålingsindgange
Glastallerken
ModelSom i Center for Emballage
og Transport
Resultater: Elektrisk felt
Elektromagnetisk intensitet = Elektrisk felt kvadreret
Elektrisk felt normal på udbredelsesretning
Indgange
Kompliceret mønster af stående bølger
Ringe indtrængning i maden
Resultater: Effekt strøm felt
Varme afsat er proportional med effekt strøm
Indstrøm af effekt
Effekt reflekteres fra ovnens bagvæg
Ringe indtrængning i maden
Resultater: Varme afsat ved 50 W indgangseffekt
Efter 38 sekunder
Hot spot = 65o
Effekt strøm
Væske temperaturcold spot = 30o
Konklusion
Simuleringen af opvarmning er muligt Komplekst problem ’Hot spots’ i opvarmning ses af en kop suppe Model kan udvides MED
– Rotation af tallerken– Temperatur afhængig
Effektivitet af ovnen kan beregnes (ca. 60 %)
På lang sigt– Aluminiumsfolie kan simuleres (i alle former)– Hurtigere design af indpakning– Større indsigt i design af indpakning, da man kan se ’det som ikke kan
fysisk ses/måles’