近年来,随着人们对微波辐射的认识逐步深入,微波诱导强化技术在各个领域内的应用也更加广泛。在化工生产分离过程中,微波强化技术可以有效应用于微波强化蒸馏、萃取、干燥、结晶、膜分离等,特别是本课题组所研究的微波诱导共沸物蒸发分离方面。但关于这些微波诱导过程究竟应匹配何种加热条件和腔体结构形式,很少有人做过系统的研究,且腔体结构对微波能量利用效率影响巨大。因此本文旨在采用模拟计算的手段,通过耦合电磁场和传热过程,探究微波诱导降膜蒸发过程的一系列操作条件和设计条件对微波吸收效果的影响,从而对腔体和蒸发器的结构进行优化。文章首先搭建关于微波强化蒸发的模型。以课题组实验室开发的微波强化降膜蒸发器为原型,将蒸发器抽象设计为间隙一毫米的玻璃夹套形式,使得样品以薄膜的形式在腔体内被加热。腔体和波导的尺寸均来源于对实验室设备的测量,并作出假设对传质过程和非负载区域内的传热过程进行忽略。整个加热过程涉及电磁场和传热两个物理过程的耦合,即通过求解麦克斯韦方程式和傅里叶导热定律进行计算。并借助前人的不同功率下微波加热纯水的实验数据,验证了该模型的可靠性。在此模型基础上,文章提出了单位质量样品的能量利用率和温度变异系数两个概念,分别用于评估样品的能量利用状况和温度分布均匀性。首先针对实验中常见的操作条件进行优化,分别研究了微波功率、样品初始温度、样品种类和介电性质对微波吸收效果的影响。之后,本文针对腔体自身结构的设计进行优化,主要变量包括波导馈口的高度、馈口的方向、腔体的形状等等。通过将样品分别更换为水和乙二醇,依次考察这些设计变量的影响,结果表明加热介电性质不同的物料对于腔体结构设计方面所呈现出的规律是比较相近的。除了腔体的结构,文章还对蒸发器的设计条件,包括蒸发器摆放位置、蒸发器半径尺寸和负载膜厚度进行了优化。整体来说,本文通过建立电磁场-传热耦合的模型,改变一些关键的操作条件和设计条件,对微波吸收效率进行深入研究,从而设计并优化腔体和蒸发器的形式。本文的研究可为这类过程和相关设备的设计、研究、开发提供理论基础与指导。