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微波加热中的许多模拟都简化了微波腔的几何模型,降低模型的复杂性,以便快速获得模拟结果。微波腔的一些几何特征通常被忽略(如磁控管和腔体的凹痕等),虽然能快速获得模拟结果,但通常会存在误差较大的情况。为了提升微波加热食品的模拟精准度,本研究建立了详细的几何模型(Detailed geometric models,DGM)和简化的几何模型(Simplified geometric models,SGM)来研究微波腔内电场的变化。建立了微波加热过程中旋转和静止状态下食品(土豆泥)的三维有限元模型,并对旋转过程中的模拟参数和操作条件进行了优化。通过与实验的比较,探究了DGM和SGM两种几何模型在微波加热下实时温度变化和空间温度分布。结果表明,DGM模拟的温度场与SGM有明显的差异,且DGM的模拟结果与实验结果更接近。磁控管的存在电场影响不大,但凹痕的存在对电场影响较大。本研究还对凹痕对加热均匀性的影响进行了详细的分析。以南极磷虾肉糜作为样品,以电磁学、多相传输和固体力学变形模型研究了微波干燥模型。通过软件(COMSOL Multiphysics)求解电磁方程、能量和动量守恒以及变形方程得到模拟结果。红外热成像仪用于拍摄样品表面温度分布,光纤传感器用于测量样品点的实时温度。经过180 s的间歇微波干燥,空间温度分布、实时升温曲线(RMSE=2.11℃)、含水率(干基,RMSE=0.03)和体积比与试验值有良好的一致性,说明该微波干燥模型是可靠的。此外,微波干燥模拟中将样品分别视为形变材料和刚性材料。形变材料和刚性材料在温度和含水率方面显示了较明显的差别,且前者与试验值更为接近。未考虑收缩(刚性材料)模型的温度和含水率的RMSE分别为9.42℃与0.08。该研究还对液态水和气体的内在渗透性(±50%)以及吸水膨胀系数(±50%)进行了敏感性分析。含水率对液态水的内在渗透性较敏感(RMSE=0.089),对气体的内在渗透性不敏感(RMSE=0.023),体积比对吸水膨胀系数非常敏感(RMSE=0.053)。家用微波炉内磁控管的频率会有波动,且难以测定。为探究微波频率波动对样品温度分布的影响,获得更加精确的温度变化结果,本研究考察了不同频率波动条件下食品的温度变化。本文假设家用微波炉的频率以2.45 GHz为中心波动,并对不同频率范围(2.44-2.46 GHz,2.43-2.47 GHz,2.41-2.49 GHz)和单个频率(2.45 GHz)下的样品温度进行了对比分析。利用有限元数学模型进行仿真,且实验对象是放置于微波炉内加热60 s的土豆泥。对于不同频率范围下样品的温度分布,每隔0.005 GHz计算一次电磁功率密度,并根据余弦分布对它们进行加权平均,最后将电磁功率作为热源加热土豆泥,获得模拟值。分别用红外热成像仪和光纤热电偶获得土豆泥表面温度分布和各部位实时温度。结果显示频率波动范围在2.44-2.46 GHz时的温度场与实验值有较好的一致性。而在2.41-2.49 GHz范围内,温度分布均匀性最高。该模型可为微波炉和可微波食品的开发提供理论依据。