为什么微波炉加热食物不均匀？ | COMSOL 博客

非常明显的一个例子是在重新加热一个包子时——包子馅吸收热量的速度比包子皮快得多，使得包子馅是热的，而外面的包子皮冰冷。

这是因为含水量较高的食物吸收微波能量的效率较 ... × WarningYourinternetexplorerisincompatibilitymodeandmaynotbedisplayingthewebsitecorrectly. Youcanfixthisbypressing'F12'onyourkeyboard,Selecting'DocumentMode'andchoosing'standards'(orthelatestversion listedifstandardsisnotanoption). 评估与试用COMSOL®软件 联系我们 中文   Deutsch English Français Italiano 日本語 Русский 中文 | 退出 登录 产品 视频中心 活动 博客 技术支持 Menu 产品 视频中心 活动 博客 技术支持 | 退出 登录 联系我们 NorthAmerica China France Germany Italy Japan Russia 本网站使用cookie来改善您的体验。

继续使用我们的网站，即表示您同意我们使用cookie。

确定 了解更多 COMSOL博客 为什么微波炉加热食物不均匀？ 作者AlexandraFoley 2013年9月3日 我们可能都经历过这样的场景：下班回到家，把昨晚的剩菜放在微波炉里，坐下来准备吃一顿简餐，结果却发现吃到的食物一口滚烫，一口冰冷。

这样的经历不止一次促使我思考:为什么微波炉对食物的加热会这么不均匀？ 微波加热的物理原理 微波是一种高频电磁波。

微波炉中用来加热食物的微波波长约为12.23cm，频率为2.45GHz。

电磁波产生振荡的磁场和电场，激发磁场中的分子，从而产生热量。

有多种不同的因素会导致令人不快的微波加热体验。

首先，一顿饭中的不同成分通常具有不同的能量吸收率。

非常明显的一个例子是在重新加热一个包子时——包子馅吸收热量的速度比包子皮快得多，使得包子馅是热的，而外面的包子皮冰冷。

这是因为含水量较高的食物吸收微波能量的效率较高，而含水量较低的食物吸收热量较慢，导致加热不均匀。

这是由于水分子中存在偶极子，使得分子的正负两端在振荡电磁场中来回转换。

正因为如此，我们还会注意到液态水比冰加热的速度更快，因为液态分子比冰中的分子移动更自由，产生更多的碰撞，从而产生更多的热量。

微波炉加热不均匀的另一个原因来自烤箱内部复杂的振荡模式。

下面，我们使用COMSOL仿真来仔细研究微波加热食物背后的物理原理，从中我们可以了解加热过程中发生的电磁场和热传递。

微波加热模拟 首先，我们可以设置微波炉的几何结构。

在我们的模拟中，微波炉被设置为一个连接到500W、2.45GHz微波源的铜盒， 然后，通过位于烤箱右上角的波导将微波引向烤箱的中心。

底部装有放置食物的玻璃板。

为了使我们的分析简单，我们可以看一下加热是如何在均匀食物（例如土豆）中发生的。

微波炉、波导、玻璃板和土豆的几何结构如下所示。

由于模型存在镜像对称性，因此我们只需要建模一半的几何图形。

微波炉、波导、玻璃板和土豆的几何形状。

由于镜像对称，几何图形被缩小。

在模拟中，从土豆的底部切下一块，以使放在盘子上的土豆保持稳定性。

这种切割也有助于建立有限元网格，允许在土豆与板接触的区域中进行详细分析。

通过使用阻抗边界条件计算来自微波炉和波导铜壁的电阻性金属的热损失，虽然损失很小。

当我们向土豆输入微波辐射时，土豆就像一个共振腔，将一些电磁场捕获在里面。

转移到土豆上的能量（即耗散功率）大约是辐射源释放能量的60%。

其余的能量通过端口反射回来。

从下面的模拟中可以看出，谐振腔在土豆的中心产生了一个峰值，在此处耗散功率最高。

马铃薯内部耗散的微波功率分布。

注意土豆中心的峰值。

这个微波场引起土豆内部的加热。

5秒钟过后，我们可以看看土豆内部产生的热量。

在模拟中，我们可以观察到，只有土豆的中心在5秒钟后开始加热。

此外，由于土豆的低热导率，热量仍然集中在中心，而没有扩散。

这导致了我们在微波炉中加热食物时有时会得到食物中心热外部冷的结果。

加热5秒钟后土豆的温度分布。

如果我们继续加热土豆更长时间，土豆的中心温度最终会达到沸点，蒸汽会形成并向外扩散，加速热量传递，并随着它的干燥降低中心的功率耗散。

这将在温度接近100℃时发生，尽管土豆内部不断上升的局部压力可能会增高沸点。

然而，当过热到一定程度时，就会发生一次或几次微爆炸，打开通向马铃薯外部的蒸汽通道。

任何尝试过微波处理土豆泥或浓汤的人都可能经历过这些微爆炸，并亲眼见证了它们对微波炉内部的影响（土豆泥四溅……）。

虽然上面讨论的模拟不包括这些非线性效应，但它可以作为包括这些和其他效应的更复杂模拟的良好起点。

微波炉中的驻波 导致土豆受热不均匀的机制也在整个微波炉中发挥作用。

共振电场的形状由微波炉内部大小不同的电场强度斑点的图案。

这些斑点是由驻波引起的。

驻波是由于电磁波相互叠加时在烤箱中来回反射而产生的。

出现驻波会导致微波中出现电场强度高低分布的斑点图案。

使用上面相同的几何结构，我们可以分析这些驻波: 微波中驻波的位置。

旋转位于微波炉底部的玻璃板，将土豆放在板的边缘，而不是中间，可以减轻高强度斑点导致加热不均匀的问题。

通过上图，我们可以看到旋转是如何通过斑点移动食物的。

联系COMSOL进行软件评估 拓展资源 COMSOL案例库中下载微波炉模型 博客分类 RF与微波工程 传热 电磁学 通过Email订阅博客 注册即表示我同意COMSOL根据我的首选项和COMSOL“隐私政策”中描述的条款来收集、存储和处理我的信息。

留言 相关主题 使用人眼光力学模型研究老花眼 共轭传热 麻省理工学院PSFC设计了可缓解等离子体破裂的托卡马克装置 评论(0) 留言 登录|注册 正在加载... 浏览COMSOL博客 类别 COMSOL最新动态 化工 化学反应工程 燃料电池和电解槽 电化学 电池 电镀 腐蚀与防护 接口 CAD导入&LiveLink产品 LiveLinkforExcel LiveLinkforMATLAB 流体&传热 传热 分子流 多孔介质流动 微流体 流体流动颗粒跟踪 计算流体力学(CFD) 电磁学 RF与微波工程 低频电磁学 半导体器件 射线光学 带电粒子追踪 波动光学 等离子体物理 科学新闻 结构&声学 MEMS&压电器件 声学与振动 岩土力学 材料模型 结构力学 结构动力学 通用 API 仿真App 优化 几何 基于方程建模 安装与许可证管理 建模工具和定义 材料 物理场接口 用户界面 研究与求解器 简介 结果与可视化 网格 集群计算和云计算 标记 3D打印 AC/DC模块 App开发器简介视频 CFD模块 MEMS模块 RF模块 优化与反演方法模块 优化模块 传热模块 分子流模块 化学反应工程模块 半导体模块 后处理 地下水流模块 地热能系列 地质力学模块 声学模块 复合材料模块 多体动力学模块 多孔介质流模块 射线光学模块 射频模块 岩土力学模块 年会 应用注解 弱形式 微流体模块 技术内容 技术资料 搅拌器模块 束流物理中相空间分布系列 模拟不规则形状 求解器系列 波动光学模块 混合建模技术系列 热黏性声学 燃料电池与电解槽 特色科学家 生物工程 用户观点 用户视角 电化学模块 电池 电池与燃料电池模块 电沉积模块 电流分布 电磁波 电磁设备系列 电镀模块 疲劳模块 石墨烯 硅光子学 等离子体模块 等离子模块 粒子追踪模块 结构力学模块 结构材料系列 聚合物流动模块 腐蚀模块 蒸发冷却 视频 认证咨询机构 转子动力学模块 运动中的物理场 金属加工模块 集群 非线性结构材料模块 食品科学 高频电磁场的多尺度模拟 齿轮模拟系列 产品信息 产品 技术规格表 许可证选项 系统要求 发布回顾 应用案例 案例下载 产品演示视频 用户案例 论文和技术资料 COMSOL相关书籍 学习COMSOL 学习中心 培训课程 用户论坛 模型交流 COMSOL博客 多物理场仿真百科 活动 网络研讨会 COMSOL主题日 近期活动 技术支持与服务 技术支持中心 我的技术支持案例 知识库 产品文档 产品下载 认证咨询机构 公司 关于COMSOL 工作机会 合作伙伴 新闻报道 联系我们  | 退出 登录  |  隐私政策  |  商标  |  沪ICP备14030237号-1 ©2006byCOMSOL.版权所有