微波等离子体设备场分布的仿真和实验

为使激发微波等离子体的腔体设计更便捷并详细了解腔内的电场分布,迫切希望有仿真工具支持.该文介绍了一台环形波导微波等离子体设备,利用一种有限元软件对反应腔内的电场分布和功率密度进行仿真,并运用光电探头和水负载温升法实际测量反应腔内的对应参数.实验结果表明: 反应腔内的电场分布、功率密度均与仿真结果大致接近,证实运用此种计算工具对微波等离子体反应腔进行数字化设计是可行的.同时,该软件仿真得到的腔内电场分布,能够为微波等离子体激发过程的研究提供指导.     

金属壁移动对微波加热均匀性的影响

本文通过矩形波导金属壁的移动,对腔体内电磁场分布的相位进行调节,从而改善矩形波导内因电磁场分布的不均匀而引起的加热不均匀性,并且提出了基于空间坐标变换的时变媒质方法来计算移动边界问题,对于处理大型工业用微波腔体的移动边界问题具有重要意义.本文采用单模BJ-22波导加热系统为基准,分析短路面位置的调节对微波加热均匀性的影响,实验和计算表明短路面的调节可以大大提高微波加热的均匀性,且空间坐标变换理论可以准确的用于微波腔体的移动边界计算.     

多间隙串行纳米电极系统内粒子的介电行为

为了探究金属纳米粒子在多导电元件微电路修复上的应用,分析纳米粒子介电串行组装过程中的运动趋势,基于一种多间隙纳米电极系统,研究处于非均匀电场内的纳米粒子的介电串行组装行为。首先,进行了导电岛微电极系统的粒子介电组装实验,发现组装获得的熔融态纳米粒子线能够增强电路的导电能力。然后,针对双间隙与多间隙串行纳米电极系统进行了介电串行组装对比实验,发现随着系统内导电元件数量的增加,纳米间隙均存在体组装现象,实现了多间隙串行纳米电极系统内的导电元件连接。最后,通过电场分布及介电组装过程中纳米粒子所受介电泳力、交流电热流以及二者合力的仿真分析发现：在频率为150 kHz的条件下,相比纳米间隙外部,间隙内部的介电泳力及交流电热流流速平均值更高;而且,在多间隙串行纳米电极系统任意间隙内均会出现纳米流体泵现象,且不受间隙数量的影响。纳米流体泵现象表明,处于非均匀电场内的金属纳米粒子在介电串行组装过程中具有体组装与面组装的趋势,此类组装趋势能够直接影响纳米粒子线的生成质量。     

多模微波加热腔电场剧变条件研究

在多模腔中实现均匀加热较为困难但极其重要,而电场的特性对能否实现均匀加热起决定性作用.研究多模腔电场产生剧变的条件,对于改善微波加热均匀性有积极意义.本文从亥姆赫兹方程出发,利用并矢格林函数,得到了腔体内电场的积分方程;然后,通过此方程讨论并得到电场稳定性的主要影响因素和特点;最后,在运用有限元法验证多模腔电场特性的基础上,进一步得到导致电场产生剧变的各参数的最小变化量.     

基于HFSS优化微波反应器去除废水中喹啉

微波化学反应器反应腔体形式能影响微波场在腔体内的分布,不同的微波分布形式会影响微波腔体内的温度分布均匀性,这种温度差异性造成了微波能量的浪费,从而将影响微波化学反应器对污染物的去除效果.从微波腔体形式方面考察了微波场在腔体中的分布,建立了矩形、八面体和圆柱体3种微波反应器反应腔体模型,利用HFSS专业电磁模拟软件进行仿真计算,讨论了不同的微波反应腔体对微波分布均匀性的影响,结果显示相对于矩形微波腔体和八面体微波腔体,微波在圆柱形反应腔体内的分布呈现规律性分布,即驻波均匀的分布在负载水的周围,这种分布会使得负载水中的电场分布更加均匀,并且这种趋势从矩形到八面体再到圆柱体腔体越来越明显.结合圆柱体微波腔体在实际制作中的困难,所以选择八面体微波腔体作为最佳的微波反应腔体形式.根据模拟结果对实验室现有的微波反应器进行了优化,并应用于喹啉降解实验,结果显示改造后反应装置对H2O2分解速率加快,对喹啉去除率提高了5.27%,对TOC去除率提高了4.15%.     

微波烧结腔内电场的HFSS仿真与实测分析

采用基于有限元法的HFSS电磁仿真软件,对TE103单模微波烧结腔模型进行仿真,模拟了BJ-22型腔体的场分布云图,通过精确的图形显示和色彩对比来表征微波电场在烧结腔内的分布。实测了TE103单模微波烧结腔内的微波电场分布情况。研究表明：HFSS电磁仿真软件可以对单模微波烧结腔内的微波电场分布进行仿真,所得结果与实测结果吻合。     

试样几何参数对微波烧结腔电场分布的影响

采用HFSS三维仿真模拟软件对加载92%的氧化铝的微波烧结腔进行模拟。通过控制变量法分别改变试样的半径和高度,对试样进行数值化模拟。模拟结果表明,高度在30mm左右时样品内部电场分布比较均匀,为适合烧结的样品尺寸。随着样品高度的增加场的均匀性比逐渐下降。微波电磁场在小尺寸样品内分布比较均匀,场强梯度很小。高度超过60mm后,场的均匀性比有所提高,场的稳定性比略有起伏,但超过一定高度后,样品电场不再均匀,超出均匀区域范围。由此确定了最佳的样品烧结尺寸为高度77mm,半径30mm。     

碳纤维石墨化专用微波矩形槽波导谐振腔的设计及数值模拟

微波作为一种碳纤维石墨化过程中的加热方式,对于实现碳纤维在径向和周向上的均匀石墨化具有潜在优势。由于电磁波在腔体内传递时能量分布有很大的不均匀性,首先针对微波加热腔体的形状和尺寸进行了设计;随后采用Ansys Electronics软件建立了加热碳纤维丝束的电磁加热-热辐射-流动传热模型,模拟了腔体内的电磁场和温度场;最后分析了走丝速度与保护气体流速对于腔内温度场分布的影响,结果表明：保护气体流速对加热过程中丝束能达到的最高温度影响较大,而走丝速度对最高温度的变化基本没有影响。本文研究对于碳纤维微波石墨化加热腔的研制具有较实际的指导意义。     

凹凸槽结构对圆柱形微波反应器加热效率及均匀性影响研究

提出在圆柱形微波反应器的腔体侧壁上引入圆形凹槽结构和凸槽结构改善微波反应器中的空间电磁场分布,提高微波加热效率和均匀性;利用HFSS软件仿真计算凹凸槽结构对圆柱形微波反应器加热效率和均匀性的影响,揭示凹凸槽结构参数对圆柱形微波反应器加热效率和场分布均匀性影响的基本规律.研究结果表明,凹凸槽结构参数对圆柱形微波反应器的加热效率和均匀性具有一定影响,凹凸槽结构能显著提高圆柱形微波反应器的加热效率和均匀性.     

水平转盘与转鼓微波干燥均匀性的实验研究

针对微波干燥存在的主要问题--干燥的不均匀性,提出利用改变物料在微波场中的位置来改善物料对微波能吸收的均匀性,从而达到微波干燥的均匀性.以黄豆为物料,比较了水平转盘与转鼓两种结构在不均匀的微波场中对物料干燥均匀性的影响.结果表明:转鼓微波干燥比水平转盘微波干燥更加均匀,对于不均匀的微波场,利用物料的随机运动可改善微波干燥的均匀性,从而提高干燥产品的品质.