Dielektrik ısıtmanın FDTD metoduyla modellenmesi
FDTD modelling of dielectric heating
Yazar: HATİCE BİÇER
Danışman: PROF. DR. ALİ OKTAY
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Mikrodalga ısıtma = Microwave heating

Özet:
Endüstriyel mikrodalga ısıtma, kurutma ve dielektrik malzemelerin işlenmesi,mikrodalga enerjinin sağladığı avantajlar sayesinde hızla ve geniş bir sahada gelişmektedir.Mikrodalga ısıtma sürecinde, malzeme içindeki sıcaklık dağılımı güç kaynağının ürettiğielektrik alanın değeri ile Isı Transfer Denklemi'nin çözümü yapılarak elde edilmektedir. Isıtransfer eşitliğinin çözümü için farklı sayısal teknikler bulunmaktadır. Bu tezde zamana bağlıSonlu-Farklar-Zaman-Domeni (FDTD) yöntemi uygulanmıştır.Bir dalga kılavuzu içindeki dielektrik malzemenin mikrodalga ısıtması, deneysel vesayısal olarak analiz edilmiştir. Bu amaçla malzeme olarak tuğla, motor yağı ve su seçilmiştir.Deneysel düzenek WR340 dalga kılavuzundan yayılan TE101 tek modu içermektedir. Isıtmakoşullarında, malzemedeki sıcaklık değerleri sıcaklık ölçüm cihazı ile ölçülmüştür. Sayısalolarak; dalga kılavuzundaki elektromanyetizma analizi için, Maxwell Denklemleri'nin temeliYee notasyonu olan 3 Boyutlu-FDTD yöntemi kullanılarak ayrıklaştırılması ile yapılmıştır.Dielektrik malzemenin üzerindeki sıcaklık dağılımını elde etmek için, Isı Transfer EşitliğiCrank-Nicholson şeması göz önüne alınarak 2Boyutlu-FDTD yöntemi yardımıylaayrıklaştırılmıştır.Kılavuzdaki malzemelerin deneysel çalışması yapılmış ve sayısal sonuçlar ilekarşılaştırılarak zamana bağlı eğrileri elde edilmiştir.Anahtar KelimelerSonlu Farklar Zaman Domeni yöntemi (FDTD), sayısal analiz, Maxwell Denklemi,dalga kılavuzu, elektromanyetik alanlar, ısı transfer eşitliği, Crank-Nicholson, mikrodalgaısıtma, dielektrik.

Abstract:
Industrial microwave heating, drying and processing of dielectiric materials arerapidly growing in number and scope because of the advantage of microwave energy.During microwave heating, the temperature distribution within the material is obtainedby solving the heat transfer equation with the electric field as the power source. Thereare different techniques that have been used to solve the heat transfer equation. Due toits time- dependency the techniques are usually employed in the time domain. In thisthessis the finite difference time domain (FDTD) method is used .Microwave heating of a dielectric in a waveguide is experimentally andnumerically analyzed by the FDTD method. For numeric and experimantal purpose,engine oil, clinker and water are chosen. The experimental set up consists of a singlemode TE101 cavity excited by a WR340 waveguide with a coupling iris. For heatingconditions, the temperature distribution on water inside the cavity is measured withtemperature measurement device. For computational analysis of electromagnetic fieldsinside the waveguide, The Maxwell?s Equations are considered using 3-DimensionFDTD method based on Yee?s notation. The heat transfer equation is also consideredusing 2- Dimension FDTD with Crank-Nicholson schema in order to obtain temperaturedistribution on the dielectric materials.The comparison of experimental heating data and computational results formaterials are presented as a function of time.KeywordsFinite-difference-time-domain-method (FDTD), numeric analysis,MaxwellEquation, waveguide applicator, electromagnetic fields, heat transfer equation, Crank-Nicholson, mikrowave heating, dielectric.