Multiphysics modeling for electroheat processes

Microwave heating is a process widely used for industrial processes, scientific applications, medical treatments, as well as for household appliances. The advantage of this technology is mainly related to the velocity of this heating process, important factor in order to meet the needs of the market. In fact, the heat sources are localized inside the load under heating, so reducing the process time. However, because of the involved frequencies and, sometimes, due to the costs of the devices involved in such processes, generally the quality (uniformity) of the microwave heating is pretty penalized. The progress of semiconductor technologies, along with the high quality and efficiency required from the consumers, seem to be the key points for the innovations in this sector. The multi-physic numerical modeling, coupled with the optimization techniques ever more efficient, leads to an accurate design of the heating process, as well as of the corresponding devices. The aim of the present work consists in the development of numerical multiphysics models, simulating microwave heating processes for household applications (microwave ovens) and medical devices (hyperthermia treatments). The experimental validations confirm the reliability of the proposed methods

Il riscaldamento a microonde è un processo largamente impiegato nei settori industriale, medico e domestico. Il vantaggio legato all'utilizzo di questa tecnologia consiste nell'elevata velocità del processo di riscaldamento, fattore di rilevante importanza al fine di soddisfare le esigenze del mercato. Le sorgenti di calore vengono infatti localizzate direttamente nel carico oggetto di riscaldamento, riducendo i tempi di processo. Tuttavia, a causa delle frequenze in gioco e talvolta dei costi legati ai dispositivi coinvolti in tali processi, generalmente la qualità (uniformità) del riscaldamento viene penalizzata. Il progresso nel settore delle tecnologie dei semiconduttori, assieme alle richieste di qualità ed efficienza sempre più stringenti da parte dei consumatori, sembrano essere i punti chiave per l'innovazione tecnologica in questo settore. L'impiego di metodologie di simulazione multifisiche al calcolatore, accoppiate a tecniche di ottimizzazione sempre più performanti, permette un'accurata progettazione del processo di riscaldamento e dei relativi dispositivi. Il presente lavoro si pone l'obiettivo di sviluppare modelli numerici multifisici nel settore dei riscaldamenti a microonde per uso domestico (forni a microonde) e medicale (trattamenti di ipertermia). Le validazioni sperimentali sviluppate confermano l'affidabilità delle soluzioni e dei metodi proposti.