電磁波－温度連成解析

Abstract

電子レンジで食品を加熱する際、均一に温められるかどうかはよくテーマに挙げられます。均一加熱を検討するにあたってキーワードとなるのが「ランナウェイ」です。ランナウェイは特定位置が集中加熱される現象で、加熱ムラに繋がります。また、その原因として誘電率及び誘電損率の温度依存性が指摘されています^[1]。

When heating food in a microwave oven, the ability to heat food evenly is often a theme. The key word in considering uniform heating is “runaway”. Runaway is a phenomenon of concentrated heating at a specific location, which leads to uneven heating. In addition, the temperature dependence of the dielectric constant and dielectric loss coefficient is pointed out as a cause of this phenomenon[1].

電磁波解析

これらを考慮したマイクロ波加熱シミュレーションには電磁波解析技術及び熱流体解析技術が不可欠です。本稿では電子レンジによる牛肉の加熱をテーマに、誘電率及び誘電損率の温度依存性を考慮したシミュレーションを実施しました。 エネルギー流束を図示したのが下記の画像です。牛肉の位置に注目すると表面から中心に向かうにつれてエネルギー流束の絶対値が衰退する様子が分かります。これは肉表面から侵入した電磁波エネルギーが減衰し、熱エネルギーとして消費されていることを示唆します。

In order to simulate microwave heating in consideration of the above, electromagnetic wave analysis and thermo-fluid analysis technologies are indispensable. In this paper, numerical simulations of the temperature dependence of the dielectric constant and dielectric loss factor are carried out using the case of heating beef in a microwave oven. The energy flux is illustrated below. By focusing on the position of the beef, it can be seen that the absolute value of the energy flux declines from the surface to the center. This suggests that the electromagnetic energy entering from the surface of the meat is diminishing and being consumed as heat energy.

電磁波解析で物性値の温度依存性を考慮した解析

[1] 藤田明希, 「マイクロ波加熱によるRunaway発生の解析的予測」, 第10回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム講演要旨集, 東北大学, 仙台, 2016/10