高周波誘電加熱連成解析

誘電分極では周波数が高くなると、誘電体を構成する各分子は回転・衝突・振動・摩擦などの 激しい運動を起こし、内部発熱が発生します。
この現象を利用したものが高周波誘電加熱です。

高周波電界中で誘電体に誘電体損失(tanδ (タンデルタ))が起こり、それにより生じた内部発熱を利用して昇温します。
誘電加熱連成解析ソフトウェア[ F-VOLT-DH ]を使用して、この昇温状態をシミュレーションしてみました。

まず周波数応答解析機能で誘電加熱解析を行い、発熱密度分布まで計算しました。
引き続き、その発熱分布から温度分布を求めました。

最初に、テフロンとナイロンに、[ 誘電率 ]と[ tanδ ]を設定して誘電解析を行ない、誘電損(発熱密度)を求めました。
電極には、[ 10k(v) ]と[ 0(v) ]の電位を印加しました。
周波数は[ 50MHz ]としました。

※ 空気：非表示

解析結果は下図の通りです

電界分布コンター図 (単位：V/m)	電界分布コンター図 (単位：V/m)( ナイロン断面 )
発熱密度分布コンター図 (単位：W/m3)	発熱密度分布コンター図 (単位：W/m3)( ナイロン断面 )

ナイロン断面の発熱密度分布グラフを作成するために、ナイロンの[ YZ断面 ]に、 [ XY断面 ]を定義しました。

加熱対象物（ナイロン）のA-A断面の発熱密度分布グラフ

加熱対象物（ナイロン）のB-B断面の発熱密度分布グラフ

次に、誘電解析から得られた発熱密度分布を基に熱伝導解析を行いました。

テフロンとナイロンに、[ 熱伝導率 ]と[ 比熱 ]と[ 質量密度 ]を設定して熱伝導連成解析を行ない、時間とともに部材の温度がどのように変化するか求めました。

解析結果を表示するために、ナイロンに下図のような断面を定義しました。

発熱開始５秒後の温度分布は下図のようになりました。

温度分布コンター図 (単位：℃)

温度分布コンター図 (単位：℃)( ナイロン断面 )

発熱開始５秒後、ナイロンの中央断面内の温度分布は下図のようになりました。

加熱対象物（ナイロン）断面の温度分布 発熱開始５秒後

加熱対象物（ナイロン）断面の温度分布発熱開始５秒後

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