除雪化冰路面微波敏感涂层材料与设备

为了在寒冷地区进行科学有效、环保经济的道路除雪化冰,弥补现有传统除雪化冰方法存在的缺陷,提出微波除雪化冰涂层技术。基于微波吸收材料的吸波机理与影响因素,优选羟基铁粉(RW)、羟基铁粉(YW1)、四氧化三铁、氧化铝和膨胀石墨作为微波敏感涂层吸波材料,进行微波敏感涂层材料融冰试验;通过对比不同组试验的温度升高值,分析不同涂层材料吸收微波产热并融化厚冰的能力,选用四氧化三铁、RW、膨胀石墨作为涂层材料分别进行涂层试件加热与融冰试验,研究沥青混凝土吸波涂层路面实际吸收微波融雪化冰的能力,在沥青混凝土试件制作涂层后,冻制5cm的厚冰,微波加热下采用升温差值来直观比较涂层材料吸收微波升温能力,综合考虑微波除冰效率、经济成本等因素,提出选用膨胀石墨作为微波敏感涂层材料。此外,进行了除雪化冰微波设备发射频率、功率、磁控管阵列等技术参数研究,在此基础上研发了便携式微波除冰车,并进行了便携式微波除冰车现场涂层微波加热试验。研究结果表明:四氧化三铁、RW、膨胀石墨3种材料吸收微波升温融冰的效果较好,膨胀石墨60s升温差值为40.2℃,四氧化三铁为8.4℃;采用膨胀石墨作为涂层材料与便携式微波除冰车配合应用的除冰效果良好,今后可为大型微波除冰雪设备的研究开发提供依据。     

环境温度对道路微波除冰效率的影响

为了实现冬季道路微波快速除冰,对微波除冰过程中的路面材料、环境温度、冰厚、冰层杂质含量(质量分数)、微波加热模式和波导口距路面高度等因素对微波除冰效率产生的影响进行了分析;并对关键影响因素之一的环境温度进行了仿真和试验研究。研究结果表明:相同情况下,环境温度越低,除冰效率就越低;微波加热停止最佳时刻应在路面与冰层结合处温度升至0℃后、结合处冰层开始融化前,具体时刻要靠实际路况确定。     

机场混凝土道面微波除冰仿真与试验研究

分析微波频率和道面材料特性对机场道面微波除冰效率的影响。运用COMSOL Multiphysics建立微波除冰仿真模型,采用自主设计的微波除冰装置进行试验研究。以混凝土表面升温至0℃的升温速率作为除冰效率的评价指标。研究结果表明:微波能够透过冰层加热混凝土,使冰层与混凝土表面脱离;相对于频率为2.45 GHz微波,频率为5.8 GHz微波穿透深度降低到45%,除冰效率提高了5倍左右;相对于普通混凝土,掺入"铁黑"吸波材料的混凝土除冰效率提高了1.8倍左右;仿真结果与试验结果较接近,验证了仿真模型具有较高的准确性,微波除冰方法具有一定的可行性。     

道路微波除冰中微波辐射端口高度仿真与试验研究

为有效提升冬季道路微波除冰效率,本文对微波辐射端口高度进行了一定研究。论文在微波除冰机理分析的基础上,通过COMSOL Multiphysics建立仿真模型,研究微波场分布特性和辐射端口高度对除冰效率的影响,并采用微波除冰室内试验对仿真结果进行验证。结果表明：冰层具有透波特性,微波能够透过冰层加热路面;在竖直方向上,微波在波导中正弦变化,在辐射腔中略有降低,在空气中快速衰减,在介质中逐渐损耗;随着辐射端口高度升高,混凝土表面平均微波发热功率和混升温速率都表现为先减低、后升高、然后再降低的趋势,且在辐射端口高度为55 mm时,平均微波发热功率密度达到最大,为299.30 kW/m,升温速率也达到最快,为1.031 ℃/s;试验结果与仿真结果一致。因此,道路微波除冰中最佳辐射端口高度应设计为55 mm,这对于微波除冰技术的应用具有一定指导作用。     

碳纤维混凝土微波吸热效率的研究

微波除冰是一种新型的道面除冰方法,具有加热速度快,不污染环境等特点,但除冰效率低限制了它的使用.在混凝土中掺加碳纤维能提高混凝土的的导电导热性能、耐磨性等,可为道面除冰提供一种新的复合材料.通过掺入不同掺量碳纤维对混凝土进行改性,研究碳纤维混凝土的微波吸热效率、除冰效果及温度空间分布.结果表明,混凝土试件中心点的温度最高,距离中心点位置越远,温度越低;随着碳纤维掺量的逐渐增加,混凝土试件发热效率逐渐增高,碳纤维掺量为2‰时,混凝土试件吸波发热效率最高,与此同时,混凝土试件表面中心点的温度会逐渐增大.     

微波加热技术在清除道路积冰中的应用

在我国北方寒冷地区的冬季,道路积冰严重妨碍交通,并且现有设备不能有效地对其清除.针对这种状况,提出了应用微波加热技术清除道路积冰的设想,并通过理论分析和实验证实了冰不易吸收微波,而路面材料能够吸收大量微波.因此,微波能够透过冰层加热路面,使贴近路面的冰层融化,消除冰层与路面之间的结合力,以便很容易地利用除冰机械对其清除.在参考了现有的各种清冰除雪机的基础上,设计出了专门用于清除道路积冰的微波除冰机原理图.     

基于超疏水表层的石墨烯电热除冰实验研究

超疏水涂层因其憎水性和优异的抗冰性能,在防除冰领域得到了广泛的关注.为研究超疏水涂层与石墨烯耦合作用的电热除冰效果,通过实验测量了石墨烯加热元件的温升速率;设计并制备用于电热除冰的加热膜构型;测量不同热流密度与环境温度下耦合组件温升情况;根据自行搭建的电热除冰实验台,研究不同热流密度对耦合组件除冰效果的影响,并与无喷涂超疏水表层加热组件的除冰能耗进行对比.实验结果表明:石墨烯加热膜比金属丝加热膜温升速率高;低温环境中耦合组件均表现出良好的温升情况;随着热流密度的不断增加,耦合组件除冰时间越短;相比传统金属丝电热组件,相同热流密度下耦合组件除冰能耗降低49％.验证主动除冰系统与超疏水涂层被动防除冰系统结合下,具有降低电热除冰能耗的可行性.     

碳化硅混凝土微波加热效率及抗冻性

通过微波加热试验、冻融循环试验、SEM试验及MIP试验,对碳化硅混凝土的微波加热效率、抗冻性及冻融循环前后的微观结构进行研究。结果表明：掺加碳化硅能够提高混凝土的微波加热效率和抗冻性。随着碳化硅掺量的增加,混凝土的温升速率逐渐增大,微波加热效率提高,有效除冰范围增大。当碳化硅掺量为10%时,混凝土相对动弹性模量最大,质量损失率最小,抗冻性最佳。掺加碳化硅使混凝土内部孔隙增大,冻融循环使混凝土孔隙孔径增大,少害孔以及有害孔增多。     

飞机防除冰机理及超疏水材料的机载应用

飞机表面结冰改变飞机的飞行动力学特性,严重威胁了飞行安全,因此飞机防除冰技术对于安全飞行有重要意义。本文通过分析飞机结冰的基本原理、类型、影响等,综述现有的防除冰技术的方法及优缺点对比,其次详细综述了超疏水材料的润湿性模型、机理等,同时对超疏水材料研究现状进行了全面综述并对其特定条件（超疏水特性失效）进行分析,特别指出了存在的问题和挑战。其次在单一防除冰系统缺陷的基础上提出了复合型防除冰系统,并对几种复合防除冰系统进行介绍且将其与单一防除冰系统进行对比。此外,针对超疏水材料应用可能出现的问题,提出了一种回路热管+超疏水材料相结合的飞机防除冰系统。最后,就超疏水表面与复合型防除冰系统存在的问题进行分析与展望,认为主被动复合型防除冰系统具有良好的应用潜力。     

石墨烯复合材料电热除冰实验研究

石墨烯复合材料因其优良的导电性和高导热性,在各个领域均得到了广泛的关注。为研究石墨烯加热膜在电热除冰上的应用,通过实验比较石墨烯和电阻丝作为加热元件时的温升速率;将加热元件制备成可用于电热除冰的加热膜,在相同加热功率下验证两者的发热均匀性;根据自行搭建的电热除冰实验台,研究不同热流密度和结冰温度对石墨烯加热膜除冰效果的影响。实验结果表明：单纯的石墨烯加热元件比电阻丝升温速率快,由石墨烯作为加热元件制备而成的加热膜发热更加均匀;随着热流密度的不断增加,石墨烯加热膜除冰时间越短,效果越好;结冰温度越低,除冰时间越长。验证了石墨烯可以作为一种理想的加热膜材料应用于电热除冰领域。     

石墨烯电加热元件热/力耦合性能

现有的电加热防/除冰组件存在着能耗高、柔性差及升温速度慢等问题，给飞机机载能源提出了较高的需求。本文以加热元件温升特性、热均匀性为优化目标，获得其最优构型，并提出加热元件的制备工艺。针对加热元件进行了热/力学特性试验，结果表明相较于环境温度，热流密度对加热元件热力学特性影响更大；加热元件在不同力学负载下仍能保持良好的热力学特性。可见基于复合材料的石墨烯电加热元件在飞机防/除冰领域具备优良的应用前景。     

微波加热器控制电路设计

与常规处理含油污水方法相比,微波辐射处理技术具有加热迅速、油水分离快、无附带新污染物和高效节能等优点,是一项极具发展前景的技术。微波加热器就是根据这些特点而被设计应用于含油污水处理。而在微波加热器的各构件中,除微波的穿透性及泄漏安全问题外,其控制电路影响到设备的操作控制和防爆安全等要素,也极其重要。因此,对控制电路的设计具有相当重要的意义。本文主要针对微波加热设备的控制要求,设计了两种控制电路系统方案,并进行了各方案特点论证,确定出最终控制电路系统。     

基于感应加热的钢丝绒纤维沥青混合料除冰性能评价

为有效解决冬季冰雪覆盖对沥青路面行车安全的困扰，采用电磁感应加热的方式，研究了钢丝绒纤维长度、掺量对沥青混合料除冰效果与路用性能的影响，并探讨了钢丝绒纤维沥青混合料电磁感应加热除冰机理。结果表明：钢丝绒纤维沥青混合料电磁感应加热除冰效果显著，钢丝绒纤维长度、掺量与感应加热平均融冰速率呈正相关趋势；掺量6%的5mm钢丝绒纤维沥青混合料平均融冰速率最快，达0.47℃·s-1；掺入钢丝绒纤维后，沥青混合料高温稳定性与低温抗裂性均得到改善；4%掺量的5mm钢丝绒纤维沥青混合料路用性能达到最佳；综合考虑，推荐掺入4%的5mm钢丝绒纤维为沥青混合料电磁感应加热除冰最佳方案。     

稠油微波脱水的实验研究

稠油由于黏度高、比重大,脱水具有很大的技术困难.利用微波辐射进行了稠油脱水的室内实验,对微波脱水与常规热沉降脱水方法进行了比较,并研究了微波处理方式和原油含水率对微波脱水效果的影响规律.研究表明,稠油微波脱水较常规加热沉降脱水效果好、速度快,具有较好的发展前景,微波功率、作用时间、乳化液含水率等参数对稠油微波脱水效果有较大影响.研究结果对于稠油微波脱水技术的实际应用具有指导意义.     

沥青路面现场微波加热再生模型与实验

为了求解微波加热再生沥青混合料内的温度分布,研究了由于沥青混合料介电常数和比热容是温变参数,从而导致电磁场分布和吸收微波功率的非线性变化.建立了电磁场控制方程和热传递方程耦合的二维非线性热电耦合模型,提出了按微波周期为时间步长交替迭代求解该非线性模型的求解方法.使用了工作频率为2.45 GHz的微波系统,通过连续或间歇辐射加热方式,对不同体积的沥青混合料进行了加热实验.实验结果证实了微波加热再生通过辐射热传递能实现瞬间体积加热,具有快速、加热均匀、保证质量和无污染等特点.     

微波固相合成磷酸铝

分别用微波加热和常规加热两种方法合成了ＡｌＰＯ４并用Ｘ－射线衍射和差热分析对产物的结构进行了表征。结果表明：微波固相合成ＡｌＰＯ４具有快速、简便及反应温度较低等优点；微波功率对合成产物的结构有较大影响。     

微波加热对自来水杀菌效果的实验分析

为明确微波加热对自来水杀菌的高效性,本实验采用微波炉对一定量的自来水进行了加热杀菌处理,并对微波杀菌效果达到国标时自来水体积与加热时间关系进行了分析。结果表明:微波加热实验组的杀菌效果达到国标(GB19298-2003)时所需的时间及所需的温度明显低于电炉加热对照组;实验组和对照组在水温为35.0℃时比初温13.1℃时含菌量高;实验组和对照组杀菌效果达到国标时,加热时间与水的体积成线性关系。上述结果表明,相比传统热杀菌,微波杀菌具有稳定的高效性,为饮用自来水微波炉杀菌方法提供了参考。     

微波辐射用于处理和开采岩石的研究进展

微波辐射具有加热速度快、选择性加热、体积式加热、易于控制、高效、安全等特点。针对目前岩石破碎高成本高能耗、煤层气和油页岩无法高效开发等缺点,本文详细介绍和评述了微波辐射在处理和开采岩石中的应用。分析表明,微波辐射可以在岩石内部诱导产生热应力,进一步产生和延伸岩石内部的裂缝,从而达到预处理岩石和煤岩的作用;微波对煤岩有脱硫的作用;还可以加热煤层气和油页岩,帮助煤层气解析和油页岩的热解,从而对两种非常规油气资源进行原位开采。总结认为,精确描述不同岩石的介电特性、优化微波辐射的功率和时间、计算机数值模型考虑化学反应的影响、研发大规模微波发生器下入井下是今后的发展方向。     

微波辅助萃取应用于提取烟叶中茄尼醇的研究

 研究了微波辅助萃取烟叶中茄尼醇的方法,对微波功率、辐射时间和萃取溶剂等影响微波萃取的条件进行了筛选,并与室温浸提法和加热回流法进行了比较.结果表明,微波辅助萃取法具有萃取速度快、溶剂用量少、萃取效率高等优点;该方法也可用于测定烟叶中茄尼醇含量过程中的样品处理.     

地面含水稠油微波加热集输技术实验研究

以辽河油田地面集输含水稠油为研究对象。利用微波对原油的热效应和非热效应,设计并建立了地面稠油管线微波加热集输室内实验装置。通过室内实验,研究微波对特定稠油的加热降黏及脱水效果,优选出微波的加热频率及加热功率。实验结果表明,该方法与传统加热集输的方法相比具有加热速度快,节能明显的优点。