Desenvolvimento de um modelo computacional para análise do aquecimento por micro-ondas em uma cavidade monomodo

• Main Author: Diogo Batista de Oliveira
• Other Authors: Elson Jose da Silva
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2011
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8RSM5Z

=== This thesis presents novel contributions for microwave heating simulations, inside a single mode rectangular cavity, via numerical solvers. Although, the thermalelectromagnetic problem is weakly coupled, in many situations, the loss factor of the load is strongly dependent on the temperature. Therefore, at each moment in time, onemust ensure that the electric field distribution corresponds to the correct permittivity. Also, to keep the system tuned the iris opening and the short must be allowed to vary during the heating. All these issues impose challenges on the numerical model in order to obtain efficient solvers.In this work, a hybrid method, which combines PDE solvers with analytical expressions, is used to determine the electromagnetic field inside the cavity. In the literature, the hybrid method was originally proposed with the FDTD in a two dimensional rectangular grid. In this research, the hybrid method was implemented with FEM using tetrahedral vector elements. It is shown that the FEM extends and improves the applicability of the method, for instance, allowing simulation of volumetric inhomogeneous loads. The main contribution of this research is a novel decision criterion, which provides the moment that the electric field must be recalculated. In most cases, the decision criteria found in the literature, are empirically based on the variation of the lossfactor. In this work, it is shown that they may introduce significant errors in the results and/or increase the simulation time. The proposed decision criterion is based on sensitivity analysis techniques. It is shown that it works well for different load conditions and can be easily implemented with the hybrid method. === Esta tese apresenta novas contribuições para a simulação do aquecimento por micro-ondas em uma cavidade monomodo retangular via métodos numéricos. Embora, o problema termo-eletromagnético é fracamente acoplado, em muitas situações o fator de perdas é fortemente dependente da temperatura. Por isso, em cada instante de tempo, deve-se assegurar que a distribuição de campo elétrico corresponde a correta permissividade. Além disso, para manter o sistema sintonizado a abertura da íris e a posição do curto devem variar durante o aquecimento. Todas essas questões são desafios para obter um modelo numérico eficiente do dispositivo. Neste trabalho, um método híbrido, o qual combina técnicas numéricas com técnicas analíticas, é usado para determinar o campo eletromagnético dentro dacavidade. Na literatura, o método híbrido foi originalmente proposto com o FDTD usando um grid cartesiano de pontos em um domínio bidimensional. Neste trabalho, o método híbrido foi implementado com o MEF usando elementos tetraédricos e formulação vetorial. É mostrado que o MEF estende e melhora a aplicabilidade do método, por exemplo, permitindo a simulação do aquecimento de cargas volumétricasnão homogêneas. A principal contribuição desta tese é um novo critério de decisão o qual proporciona o momento que o campo elétrico deve ser recalculado. Na maioria dos casos, o critério de decisão encontrado na literatura é empírico baseado na variação do fator de perdas. Neste trabalho, é mostrado que eles podem introduzir erros significantesnos resultados e/ou aumento no tempo de simulação. O critério de decisão proposto é baseado em técnicas de análise de sensibilidade. É mostrado que ele trabalha bem para diferentes condições da carga e pode ser facilmente implementado com o método híbrido.