JP4804848B2 - Temperature distribution simulation apparatus and method - Google Patents

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Description

この発明は、電波吸収体の存在下における温度分布をシミュレーションする技術に関し、とくに、熱伝導、対流・熱伝達に加え、熱放射現象を加味して正確に温度分布を分析できるようにしたものである。   The present invention relates to a technology for simulating a temperature distribution in the presence of an electromagnetic wave absorber, and in particular, allows a temperature distribution to be accurately analyzed in consideration of thermal radiation phenomena in addition to heat conduction, convection and heat transfer. is there.

近年、高電力下において電波吸収体を使用する状況が増加している。このような環境下では、吸収した電力により吸収体自体の温度が大きく上昇するため、発熱による火災事故や吸収体自体の特性変化を招来するおそれがある。そのため、吸収体やその周辺の温度分布を把握することが、使用限界や特性変化への対策等を行なうにあたり、極めて重要になってきている。温度分布を実験的に確認するには、高出力のRF装置や電波暗室等の大がかりな設備を必要とし、安全面や費用の点で困難な場合も多い。   In recent years, the situation where radio wave absorbers are used under high power is increasing. Under such an environment, the temperature of the absorber itself greatly increases due to the absorbed electric power, which may cause a fire accident due to heat generation and a change in characteristics of the absorber itself. Therefore, grasping the temperature distribution of the absorber and its surroundings has become extremely important in taking measures against usage limits and characteristic changes. In order to experimentally confirm the temperature distribution, a large-scale facility such as a high-power RF device or an anechoic chamber is required, which is often difficult in terms of safety and cost.

本発明者らは、FDTD法(時間領域有限差分法)による電磁界計算に、SIMPLE法を連成して、周囲空気の対流および熱伝導をSIMPLE法で求め、局所的な熱伝達まで厳密に解析することを提案している(非特許文献1)。   The present inventors combined the SIMPLE method with the FDTD method (time domain finite difference method) to obtain the convection and heat conduction of the ambient air by the SIMPLE method, and strictly to the local heat transfer. It proposes to analyze (nonpatent literature 1).

本発明者らは、さらに、鋭意研究を行ない、熱放射現象を考慮することにより、より厳密な分析を行なえるという知見に至った。
「三次元領域における対流を考慮した一層型電波吸収体の温度解析」、電子情報通信論文誌(C)、Vol.J88−C、No.1、pp.76−78
Furthermore, the present inventors have conducted extensive research and have come to the knowledge that a more rigorous analysis can be performed by considering the thermal radiation phenomenon.
“Temperature analysis of a single-layer type wave absorber considering convection in a three-dimensional region”, Electronic Information and Communication Journal (C), Vol. J88-C, no. 1, pp. 76-78

この発明は、以上の事情を考慮してなされたものであり、熱放射現象を加味して電波吸収体の存在下における温度分布を分析する温度分布シミュレーション技術を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a temperature distribution simulation technique for analyzing a temperature distribution in the presence of a radio wave absorber in consideration of a thermal radiation phenomenon.

この発明によれば、上述の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。ここでは、発明を詳細に説明するのに先だって、特許請求の範囲の記載について補充的に説明を行なっておく。   According to this invention, in order to achieve the above-mentioned object, the configuration as described in the claims is adopted. Here, prior to describing the invention in detail, supplementary explanations of the claims will be given.

すなわち、この発明の一側面によれば、電子レンジ内に配置される電波吸収体およびその周囲の温度分布をシミュレーションする電子レンジ用温度分布シミュレーション装置に:上記電子レンジ内の熱放射環境を設定する周囲環境設定手段と;FDTD法により上記電子レンジ内の電磁界分布をシミュレーションする第1のシミュレーション手段と;上記周囲環境設定手段により設定された熱放射条件に基づいてモンテカルロ・リード法により上記電子レンジ内の熱放射における各壁面要素の自己吸収割合および他の壁面要素からの吸収割合をシミュレーションする第2のシミュレーション手段と;上記電子レンジ内の熱対流の下記の連続方程式、運動方程式、およびエネルギー方程式について、当該エネルギー方程式の吸収電力Sを上記第1のシミュレーション手段により得た電磁界分布から算出した吸収電力から、上記第2のシミュレーション手段により得た各壁面要素の自己吸収割合および他の壁面要素から吸収割合から算出した熱放射量の分を差し引いたものして代入した上で、SIMPLE法により上記電子レンジ内の熱対流の速度、圧力、および温度を繰り返し算出する第3のシミュレーション手段とを設け、
連続方程式:

Figure 0004804848
運動方程式(x方向):
Figure 0004804848
運動方程式(y方向):
Figure 0004804848
運動方程式(z方向):
Figure 0004804848
エネルギー方程式:
Figure 0004804848
(ただし、uはx方向の速度、vはy方向の速度、wはz方向の速度、pは圧力、Tは温度、T∞は境界外の温度、Sは吸収電力、ρは密度、μは粘度、λは熱伝導率、cは比熱である)
上記第3のシミュレーション手段から出力される速度、圧力、および温度が収束した後に、上記第3のシミュレーション手段から出力される温度を上記電子レンジ内の温度分布として出力し、さらに、上記周囲環境設定手段は電子レンジから電子レンジ内の熱放射環境に関する情報を指定されるようにしている。 That is, according to one aspect of the present invention, a microwave oven temperature distribution simulation apparatus for simulating a radio wave absorber disposed in a microwave oven and a temperature distribution around the absorber is set: a heat radiation environment in the microwave oven is set. Ambient environment setting means; first simulation means for simulating the electromagnetic field distribution in the microwave oven by the FDTD method; and the microwave oven by the Monte Carlo Reed method based on the thermal radiation conditions set by the ambient environment setting means A second simulation means for simulating the self-absorption ratio of each wall element and the absorption ratio from other wall elements in the heat radiation in the inside; and the following continuity equation, equation of motion, and energy equation of thermal convection in the microwave oven: The absorbed power S of the energy equation From the absorbed power calculated from the electromagnetic field distribution obtained by the simulation means, subtract the amount of thermal radiation calculated from the absorption ratio from the self-absorption ratio of each wall element and the other wall elements obtained by the second simulation means. And a third simulation means for repeatedly calculating the speed, pressure, and temperature of the heat convection in the microwave oven by the SIMPLE method.
Continuous equation:
Figure 0004804848
Equation of motion (x direction):
Figure 0004804848
Equation of motion (y direction):
Figure 0004804848
Equation of motion (z direction):
Figure 0004804848
Energy equation:
Figure 0004804848
(Where u is the velocity in the x direction, v is the velocity in the y direction, w is the velocity in the z direction, p is the pressure, T is the temperature, T∞ is the temperature outside the boundary, S is the absorbed power, ρ is the density, μ Is the viscosity, λ is the thermal conductivity, and c is the specific heat)
After the speed, pressure and temperature output from the third simulation means have converged, the temperature output from the third simulation means is output as a temperature distribution in the microwave oven , and the ambient environment setting The means is adapted to designate information relating to the heat radiation environment in the microwave oven from the microwave oven .

なお、この発明は装置またはシステムとして実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。また、そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品もこの発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。   The present invention can be realized not only as an apparatus or a system but also as a method. Of course, a part of the invention can be configured as software. Of course, software products used to cause a computer to execute such software are also included in the technical scope of the present invention.

この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。   These and other aspects of the invention are set forth in the appended claims and will be described in detail below with reference to examples.

この発明によれば、電子レンジ内の加熱状況を熱放射を考慮した厳密な温度分布に基づいて把握することができる。 According to this invention, the heating condition in the microwave oven can be grasped based on a strict temperature distribution in consideration of thermal radiation.

以下、この発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

図1は、この発明の実施例1の温度分布シミュレーション装置100を全体として示している。実施例1の温度分布シミュレーション装置100は、典型的には、コンピュータ101に温度分布シミュレーション用のプログラム102(複数のシミュレーションプログラムを連携して用いる場合を含む)をインストールして実装される。以下に機能ブロックを用いて説明する各部は、コンピュータ101のハードウェア資源およびソフトウェア資源を協働させて実現される。   FIG. 1 shows a temperature distribution simulation apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention as a whole. The temperature distribution simulation apparatus 100 of the first embodiment is typically installed by installing a temperature distribution simulation program 102 (including a case where a plurality of simulation programs are used in cooperation) in a computer 101. Each unit described below using function blocks is realized by cooperating hardware resources and software resources of the computer 101.

図1において、温度分布シミュレーション装置100は、入力部11、シミュレーション処理部12、出力部16を含んで構成される。入力部11はシミュレーションに必要な各種パラメータを入力するものである。出力部16は、シミュレーション結果を視覚化して表示装置や印刷装置(図示しない)に出力するものである。シミュレーション処理部12は、FDTD法処理部13、MR法処理部14、SIMPLE法処理部15を含んでいる。FDTD法処理部13はFDTD法(時間領域有限差分法)で数値解析を行なうものでる。MR法処理部14はモンテカルロ・リード法(Monte Carlo READ法)により熱放射を解析するものである。SIMPLE法処理部15は、SIMPLE法(Semi−Implicit Method for Pressure−Linked Equations法)により圧力と速度をともに数値解析するものである。   In FIG. 1, the temperature distribution simulation apparatus 100 includes an input unit 11, a simulation processing unit 12, and an output unit 16. The input unit 11 inputs various parameters necessary for the simulation. The output unit 16 visualizes the simulation result and outputs it to a display device or a printing device (not shown). The simulation processing unit 12 includes an FDTD method processing unit 13, an MR method processing unit 14, and a SIMPLE method processing unit 15. The FDTD method processing unit 13 performs numerical analysis by the FDTD method (time domain finite difference method). The MR method processing unit 14 analyzes thermal radiation by the Monte Carlo Read method (Monte Carlo READ method). The SIMPLE method processing unit 15 performs numerical analysis of both pressure and velocity by the SIMPLE method (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations method).

先ず、FDTD法処理部13がFDTD法を用いて電磁界の定常状態における単位体積あたりの吸収電力分布を計算する。つぎにMR法処理部14が、モンテカルロ・リード法を用いて熱放射の自己吸収割合αsと、他の壁面要素から吸収する割合(READ値)Rdを求める。自己吸収割合αsは、対象としている壁面要素から放射されたエネルギーのうち、反射や散乱などによりその壁面要素に戻ってきて吸収される割合である。また、READ(Radiative Energy Absorption Distribution)Rdは、対象としている壁面要素以外の各壁面要素から放射されたエネルギーのうち、その壁面要素に到達し吸収される割合である。   First, the FDTD method processing unit 13 calculates the absorbed power distribution per unit volume in the steady state of the electromagnetic field using the FDTD method. Next, the MR method processing unit 14 calculates the self-absorption ratio αs of thermal radiation and the ratio (READ value) Rd absorbed from other wall surface elements using the Monte Carlo Reed method. The self-absorption ratio αs is the ratio of energy radiated from the target wall surface element that is returned and absorbed by the wall surface element due to reflection or scattering. Also, READ (Radial Energy Absorption Distribution) Rd is the ratio of energy radiated from each wall element other than the target wall element to reach and be absorbed by the wall element.

モンテカルロ・リード法では、一様乱数(疑似一様乱数。0〜1)Rθ、Rηを生成して放射方向(θ,η)をθ=2πRθ、η=cos−1(1−Rη)1/2で決定して放射エネルギを粒子と仮定して放射粒子の散乱、吸収等の挙動を追跡して上述の自己吸収率αsおよびRdを計算する。放射壁面要素からの全粒子数をNo、当該壁面要素に戻ってきた粒子数をNsa、他の壁面要素からの粒子数をNslとして、自己吸収率αs=Nsa/No、他の壁面との間のREAD値(Rd)=Nsl/(No−Nsa)を算出する。   In the Monte Carlo Reed method, uniform random numbers (pseudo-uniform random numbers. 0 to 1) Rθ and Rη are generated and the radiation directions (θ and η) are set to θ = 2πRθ and η = cos−1 (1-Rη) 1 / The above self-absorption rates αs and Rd are calculated by tracking the behavior of scattering, absorption, etc. of the radiating particles assuming that the radiant energy is particles determined by 2. The total number of particles from the radiation wall element is No, the number of particles returning to the wall element is Nsa, the number of particles from other wall elements is Nsl, and the self-absorption rate αs = Nsa / No, between the other wall surfaces READ value (Rd) = Nsl / (No−Nsa) is calculated.

さらに、SIMPLE法処理部15が、SIMPLE法を用いて、連続方程式および運動方程式を連成して解くことにより、速度場および圧力場の解析値を求める。なお、これらの方程式の解法としては反復行列解法を用いている。(ここでは一例として、三重対角行列法TDMA(Tri−Diagonal Matrix Algorithm method)を用いる。)また、y方向運動方程式における浮力項は、Boussinesq(ブシネスク)近似により、密度差を温度差で近似表現している。   Furthermore, the SIMPLE method processing unit 15 uses the SIMPLE method to solve the continuous equation and the equation of motion, thereby obtaining the analysis values of the velocity field and the pressure field. Note that the iterative matrix solution is used as a method for solving these equations. (Here, as an example, the tridiagonal matrix algorithm TDMA (Tri-Diagonal Matrix Algorithm method) is used.) In addition, the buoyancy term in the y-direction equation of motion is expressed by approximating the density difference by the temperature difference by the Boussinesq approximation. is doing.

連続方程式:

Figure 0004804848
運動方程式(x方向):
Figure 0004804848
運動方程式(y方向):
Figure 0004804848
運動方程式(z方向):
Figure 0004804848
エネルギー方程式:
Figure 0004804848
(ただし、uはx方向の速度、vはy方向の速度、wはz方向の速度、pは圧力、Tは温度、T∞は境界外の温度、Sは吸収電力、ρは密度、μは粘度、λは熱伝導率、cは比熱である) Continuous equation:
Figure 0004804848
Equation of motion (x direction):
Figure 0004804848
Equation of motion (y direction):
Figure 0004804848
Equation of motion (z direction):
Figure 0004804848
Energy equation:
Figure 0004804848
(Where u is the velocity in the x direction, v is the velocity in the y direction, w is the velocity in the z direction, p is the pressure, T is the temperature, T∞ is the temperature outside the boundary, S is the absorbed power, ρ is the density, μ Is the viscosity, λ is the thermal conductivity, and c is the specific heat)

これら式に対し、コントロールボリューム(Control Volume)法を用いて陰解法にて離散化したこの離散化法を用いることにより、コントロールボリューム法における質量流量、運動量流量およびエネルギー流量の保存性を良好に保つことが可能となる。   By using this discretization method, which is discretized by the implicit method using the control volume method for these equations, the preservability of mass flow rate, momentum flow rate and energy flow rate in the control volume method is kept good. It becomes possible.

また、運動方程式およびの離散化方程式中の対流項および拡散項に対してはHybrid法を適用した。このHybrid法は、対流の強さを示す無次元量であるペクレ数の大きさによって、運動方程式の離散化式の係数を変化させることにより、この離散化式に対し一次風上差分もしくは中央差分が適宜適用される。これにより計算時間を短縮し、かつ精度良く運動方程式を解析出来る手法である。   Further, the Hybrid method was applied to the convection term and the diffusion term in the equation of motion and the discretized equation. This Hybrid method changes the coefficient of the discretization equation of the equation of motion according to the magnitude of the Peclet number, which is a dimensionless quantity indicating the strength of the convection, so that the primary upwind difference or the central difference for this discretization equation Applies as appropriate. As a result, the calculation time can be shortened and the equation of motion can be analyzed with high accuracy.

そして、連続方程式と運動方程式が、両式ともに速度を含むことから、それぞれをSIMPLE法を用いて連成して解くことにより、速度および圧力の解析値を求めた。SIMPLE法は、運動方程式を解く際に必要となる圧力を求める場合に、圧力そのものではなく、その補正量を変数とする圧力補正式を連続方程式から導出し、それを用いてその圧力補正量が零となるように速度場と圧力場を繰り返し計算する方法である。   Since the continuity equation and the equation of motion both include the velocity, the analytical values of the velocity and the pressure were obtained by solving each of them by using the SIMPLE method. In the SIMPLE method, when the pressure required to solve the equation of motion is obtained, a pressure correction equation using the correction amount as a variable is derived from the continuous equation instead of the pressure itself, and the pressure correction amount is calculated using the pressure correction equation. In this method, the velocity field and pressure field are repeatedly calculated so as to be zero.

この三重対角行列法においては、未知数N個の三重対角行列を解くときに、2N回の演算で解を得ることが出来、掃き出し法やクラメール法等の一般的な解法に比べて効率的である。   In this tridiagonal matrix method, when solving an N unknown number of tridiagonal matrices, a solution can be obtained by 2N operations, which is more efficient than general solutions such as the sweep-out method and the Kramer method. Is.

最後に、モンテカルロ・リード法により求めたαsおよびRdを用い、各壁面要素における放射エネルギーおよび吸収エネルギーを計算する。そしてこれらのエネルギー量を
FDTD法によって得られた吸収電力と共にエネルギー方程式に代入し、温度場の解析値を求める。
Finally, radiant energy and absorbed energy at each wall element are calculated using αs and Rd obtained by the Monte Carlo Reed method. Then, these energy amounts are substituted into the energy equation together with the absorbed power obtained by the FDTD method, and the analysis value of the temperature field is obtained.

以下、動作を詳細に説明する。   Hereinafter, the operation will be described in detail.

[ステップS1]:FDTD法により電磁界の計算を行う。
[ステップS2]:電磁界が定常状態に達したら、ステップS3に進み、定常状態に達していない場合には、ステップS1に戻って電磁界が定常状態になるまで計算を行う。
[ステップS3」:吸収電力を計算する。
[ステップS4]:モンテカルロ・リード法により自己吸収割合を求める。
[ステップS5]:モンテカルロ・リード法によりREAD値を求める。
[ステップS6、S7]:SIMPLE法において、適当な反復行列解法(ここでは一例として、三重対角行列法(TDMA)を用いている)で収束しやすい値(0でもかまわない)により、x方向速度u、y方向速度v、z方向速度w、圧力p、温度Tを決める。すなわち、SIMPLE法において、圧力pを有限体積法により離散化した運動方程式に代入し、離散化した運動方程式から得られる最新のu、v、wを求める。また、SIMPLE法において、最新のu、v、wを離散化した連続方程式に代入し、離散化した連続方程式から最新の圧力pを求める。
[ステップS8]:ステップS4およびステップS5で求めた自己吸収割合とREAD値から、各壁面要素における熱放射(放射エネルギーおよび吸収エネルギー)を求める。
[ステップS9]:ステップS3およびステップS8で求めた吸収電力と熱放射のそれぞれを、SIMPLE法において、エネルギー方程式に代入し、最新の温度Tを求める。
[ステップS10]:u、v、w、p、Tの収束を確認する。確認された場合は、ステップS11へ進み、対流、熱伝導の時間ステップをΔtSIMだけ進める。確認されない場合は、ステップS6〜ステップS9を繰り返す。
[ステップS11]:ステップS9で得られた温度Tより、物質の熱定数変化(熱伝導率、比熱、密度等)を求め、それを連続方程式、運動方程式、およびエネルギー方程式に代入する。
[ステップS12]:ステップS9で得られた温度Tより、物質の電気定数変化(複素比誘電率、複素比透磁率、導電率等)を計算し、電磁界方程式に代入する。
[ステップS13]:ステップS12で代入した物質の電気定数変化により、電磁界が変動するので、それを緩和するために、数周期分電磁界を計算する。
[ステップS14]:対流、熱伝導の時間ステップΔtSIMの総計が希望する時刻に達したかどうかを判別し、希望時刻に達した場合にはステップS15へ進み、そうでない場合にはステップS2に戻り、吸収電力を計算し、処理を繰り返す。なお、熱放射が温度や電磁界により変動しないとするのであれば、ステップS4およびステップS5の計算は省いてかまわない。
[ステップS15]:ここでは、対流、熱伝導の時間ステップΔtSIMの総計が希望する時刻に達したので、電磁界およびu、v、w、p、Tを出力する。
[Step S1]: The electromagnetic field is calculated by the FDTD method.
[Step S2]: If the electromagnetic field reaches a steady state, the process proceeds to step S3. If the electromagnetic field has not reached the steady state, the process returns to step S1 and calculation is performed until the electromagnetic field reaches a steady state.
[Step S3]: Calculate the absorbed power.
[Step S4]: A self-absorption ratio is determined by the Monte Carlo Reed method.
[Step S5]: A READ value is obtained by the Monte Carlo Reed method.
[Steps S6 and S7]: In the SIMPLE method, an appropriate iterative matrix solution method (here, as an example, a tridiagonal matrix method (TDMA) is used), and a value that can be easily converged (may be 0). The speed u, the y-direction speed v, the z-direction speed w, the pressure p, and the temperature T are determined. That is, in the SIMPLE method, the pressure p is substituted into the motion equation discretized by the finite volume method, and the latest u, v, and w obtained from the discretized motion equation are obtained. In the SIMPLE method, the latest u, v, and w are substituted into the discretized continuous equation, and the latest pressure p is obtained from the discretized continuous equation.
[Step S8]: Thermal radiation (radiated energy and absorbed energy) in each wall surface element is obtained from the self-absorption ratio and the READ value obtained in Step S4 and Step S5.
[Step S9]: The absorbed power and thermal radiation obtained in Steps S3 and S8 are respectively substituted into the energy equation in the SIMPLE method to obtain the latest temperature T.
[Step S10]: Convergence of u, v, w, p, and T is confirmed. If confirmed, the process proceeds to step S11, and the time step of convection and heat conduction is advanced by Δt SIM . If not confirmed, steps S6 to S9 are repeated.
[Step S11]: The thermal constant change (thermal conductivity, specific heat, density, etc.) of the substance is obtained from the temperature T obtained in Step S9, and is substituted into the continuous equation, the equation of motion, and the energy equation.
[Step S12]: From the temperature T obtained in Step S9, change in the electric constant of the substance (complex relative permittivity, complex relative permeability, conductivity, etc.) is calculated and substituted into the electromagnetic field equation.
[Step S13]: Since the electromagnetic field fluctuates due to the change in the electric constant of the substance substituted in step S12, the electromagnetic field is calculated for several cycles in order to mitigate it.
[Step S14]: It is determined whether or not the sum of the time steps Δt SIM of convection and heat conduction has reached a desired time. If the desired time has been reached, the process proceeds to Step S15; Return, calculate the absorbed power, and repeat the process. If it is assumed that thermal radiation does not fluctuate due to temperature or electromagnetic field, the calculations in steps S4 and S5 may be omitted.
[Step S15]: Here, since the sum of the time steps Δt SIM of convection and heat conduction has reached the desired time, the electromagnetic field and u, v, w, p, T are output.

この実施例によれば、熱放射を加味して厳密な温度分布を取得できる。   According to this embodiment, it is possible to acquire a precise temperature distribution in consideration of thermal radiation.

つぎにこの発明を電子レンジ内の温度分布をシミュレーションする電子レンジ用温度分布シミュレーション装置に適用した実施例2について説明する。この実施例では、先の実施例1と同様な構成に加え、周囲環境設定部17および周囲環境データ記憶部18を設けている。周囲環境データ記憶部18は、電子レンジ300に配置可能な電波吸収体、電波反射体等、加熱対象への加熱を制御する周囲物体に関するデータが記憶されている。周囲環境設定部17は、電子レンジ300において周囲環境を変更するたびに電子レンジ300からの操作または自動検出により周囲環境を設定したり、手動で周囲環境データの切換を行なう。周囲環境ごとに周囲環境のデータが周囲環境データ記憶部18に保持され、該当する周囲環境データが入力部11を介してシミュレーション処理部12とくにMR法処理部14に供給される。   Next, a second embodiment in which the present invention is applied to a temperature distribution simulation apparatus for a microwave oven that simulates the temperature distribution in the microwave oven will be described. In this embodiment, in addition to the same configuration as in the first embodiment, an ambient environment setting unit 17 and an ambient environment data storage unit 18 are provided. The ambient environment data storage unit 18 stores data related to surrounding objects that control heating to a heating target, such as radio wave absorbers and radio wave reflectors that can be placed in the microwave oven 300. Each time the ambient environment is changed in the microwave oven 300, the ambient environment setting unit 17 sets the ambient environment by an operation from the microwave oven 300 or automatic detection, or manually switches the ambient environment data. The ambient environment data is stored in the ambient environment data storage unit 18 for each ambient environment, and the corresponding ambient environment data is supplied to the simulation processing unit 12, particularly the MR method processing unit 14, via the input unit 11.

この実施例においても、FDTD法により電磁界分布が数値解析され、MR法によりαs、Rd値が数値解析され、SIMPLE法により先の方程式がシミュレーションされ、温度分布が算出される。   Also in this embodiment, the electromagnetic field distribution is numerically analyzed by the FDTD method, the αs and Rd values are numerically analyzed by the MR method, the previous equation is simulated by the SIMPLE method, and the temperature distribution is calculated.

この実施例では、電子レンジ300内の周囲環境を予め電子レンジ温度分布シミュレーション装置200によりシミュレーションでき、各種の周囲環境を選定しつつ電子レンジの加熱状態を事前に検証できる。   In this embodiment, the ambient environment in the microwave oven 300 can be simulated in advance by the microwave temperature distribution simulation apparatus 200, and the heating state of the microwave oven can be verified in advance while selecting various ambient environments.

この発明の実施例1の構成例を全体として示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of Example 1 of this invention as a whole. 上述実施例1の動作例を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation example of the said Example 1 in detail. この発明の実施例2の構成例を全体として示す図である。It is a figure which shows the structural example of Example 2 of this invention as a whole.

符号の説明Explanation of symbols

11 入力部
12 シミュレーション処理部
13 FDTD法処理部
14 MR法処理部
15 SIMPLE法処理部
16 出力部
17 周囲環境設定部
18 周囲環境データ記憶部
100 温度分布シミュレーション装置
101 コンピュータ
102 プログラム
200 電子レンジ温度分布シミュレーション装置
300 電子レンジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Input part 12 Simulation processing part 13 FDTD method processing part 14 MR method processing part 15 SIMPLE method processing part 16 Output part 17 Ambient environment setting part 18 Ambient environment data storage part 100 Temperature distribution simulation apparatus 101 Computer 102 Program 200 Microwave oven temperature distribution Simulation device 300 Microwave oven

Claims (1)

電子レンジ内に配置される電波吸収体およびその周囲の温度分布をシミュレーションする電子レンジ用温度分布シミュレーション装置において、
上記電子レンジ内の熱放射環境を設定する周囲環境設定手段と、
FDTD法により上記電子レンジ内の電磁界分布をシミュレーションする第1のシミュレーション手段と、
上記周囲環境設定手段により設定された熱放射条件に基づいてモンテカルロ・リード法により上記電子レンジ内の熱放射における各壁面要素の自己吸収割合および他の壁面要素からの吸収割合をシミュレーションする第2のシミュレーション手段と、
上記電子レンジ内の熱対流の下記の連続方程式、運動方程式、およびエネルギー方程式について、当該エネルギー方程式の吸収電力Sを上記第1のシミュレーション手段により得た電磁界分布から算出した吸収電力から、上記第2のシミュレーション手段により得た各壁面要素の自己吸収割合および他の壁面要素から吸収割合から算出した熱放射量の分を差し引いたものして代入した上で、SIMPLE法により上記電子レンジ内の熱対流の速度、圧力、および温度を繰り返し算出する第3のシミュレーション手段とを有し、
連続方程式:
Figure 0004804848
運動方程式(x方向):
Figure 0004804848
運動方程式(y方向):
Figure 0004804848
運動方程式(z方向):
Figure 0004804848
エネルギー方程式:
Figure 0004804848
(ただし、uはx方向の速度、vはy方向の速度、wはz方向の速度、pは圧力、Tは温度、T∞は境界外の温度、Sは吸収電力、ρは密度、μは粘度、λは熱伝導率、cは比熱である)
上記第3のシミュレーション手段から出力される速度、圧力、および温度が収束した後に、上記第3のシミュレーション手段から出力される温度を上記電子レンジ内の温度分布として出力し、
さらに、上記周囲環境設定手段は電子レンジから電子レンジ内の熱放射環境に関する情報を指定される電子レンジ用温度分布シミュレーション装置。
In a microwave oven temperature distribution simulation apparatus for simulating the electromagnetic wave absorber disposed in the microwave oven and the temperature distribution around it,
And the ambient environment setting means for setting the heat radiation environment of the microwave oven,
First simulation means for simulating the electromagnetic field distribution in the microwave oven by an FDTD method;
A second simulation for simulating the self-absorption ratio of each wall surface element and the absorption ratio from other wall surface elements in the heat radiation in the microwave oven by the Monte Carlo Reed method based on the heat radiation condition set by the ambient environment setting means Simulation means;
For the following continuous equation, equation of motion, and energy equation of heat convection in the microwave oven, the absorbed power S of the energy equation is calculated from the absorbed power calculated from the electromagnetic field distribution obtained by the first simulation means. After subtracting and substituting the amount of thermal radiation calculated from the absorption ratio from the other wall elements and the self-absorption ratio of each wall surface element obtained by the simulation means of 2, heat in the microwave oven by the SIMPLE method A third simulation means for repeatedly calculating the convection speed, pressure, and temperature ,
Continuous equation:
Figure 0004804848
Equation of motion (x direction):
Figure 0004804848
Equation of motion (y direction):
Figure 0004804848
Equation of motion (z direction):
Figure 0004804848
Energy equation:
Figure 0004804848
(Where u is the velocity in the x direction, v is the velocity in the y direction, w is the velocity in the z direction, p is the pressure, T is the temperature, T∞ is the temperature outside the boundary, S is the absorbed power, ρ is the density, μ Is the viscosity, λ is the thermal conductivity, and c is the specific heat)
After the speed, pressure, and temperature output from the third simulation means converge, the temperature output from the third simulation means is output as a temperature distribution in the microwave oven ,
Furthermore, the surrounding environment setting means thermal radiation environment specified Ru electron range for temperature distribution simulation device information regarding the microwave oven from the microwave oven.
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