微波辅助生物柴油生产的一体化计算

多物理场仿真动态计算对于优化微波化学加热反应体系的生产工艺,避免高功率微波带来的安全问题起到极其重要的作用.然而目前大多数微波加热化学反应的多物理场模型仅引入电磁和热传模块进行分析,且将电磁、热力学等物性参数视为常量而忽视了反应体系中各组分和温度变化对物性参数的影响,从而影响到模型的可靠性和准确性.本工作在以往模型的基础上,利用最近提出的简化且精度更高的介电系数表达式,通过引入化学反应工程和传质的计算来对电磁、热力学等物性参数随着反应体系浓度和温度的变化进行自适应实时更新,同时考虑了自然对流对传热和传质的影响.新模型避免了以往模型需要手动更新参数、介电系数表达公式复杂、热力学参数仅根据反应组分变化更新而无法获得更多化学反应模块信息、忽略液体自然对流对温度扩散的影响的弊端,实现了微波促进生物柴油生产的一体化计算.通过实验测量的温度分布验证了模型的合理性和准确性.     

活性炭微波加热制备装置的仿真设计

活性炭在石化、电力、化工、临床医疗、环保等多个行业中广泛应用,其市场需求量也与日俱增.研究表明,相对于传统方法,微波法制备的活性炭具有孔隙结构更发达,比表面积更大,孔隙结构分布更均匀等优势.然而,这些研究都局限于实验室层面,现有的微波加热装置普遍存在热点、热失控和加热效率低下等问题.这严重限制了微波能在活性炭工业制备中的大规模应用.针对上述问题,本文以国内大量存在的竹子为研究对象,提出了一种可用于活性炭制备的微波均匀加热装置设计方案.通过多物理场仿真计算,以原材料的受热均匀性及装置的能量馈入率为考核标准,采用参数扫描分析的方法对装置参数进行了优化,得到了S11参数为-26.81dB,温度场的变异系数为0.2834的加热装置.此外,本文还结合参数扫描过程以及不同算法的运用,验证了该仿真计算的鲁棒性和准确性.该文章的工作对当前的活性炭工业制备装置的设计具有重要指导意义.     

强电场下化学反应体系非线性介电行为研究

在强电场的作用下,化学反应体系的反应速率会发生改变,进而影响反应体系的平衡状态,然而其机理仍不清楚.本文从反应体系的介电特性出发,研究了强静电场与反应体系的相互作用.在只考虑二阶非线性响应时,对改进型的Smoluchowski方程进行勒让德多项式展开,推导出反应体系极化强度的一般表达式.同时利用异构反应讨论了具体的非线性变化,结果表明,极化过程中的二阶非线性项与极化强度之比与电场强度成正比,同时讨论并给出了该结果的适用范围.     

冰冻程度对微波加热的影响研究

介电系数会随着物质状态的变化而变化,这将导致微波在其中的传输与反射情况也随之变化,微波传输和反射的改变将影响微波在物体中的能量分布,改变加热效果.本文通过COMSOL仿真与实验的结合,探究冰冻对微波加热土豆的影响,实验测量与仿真结果吻合良好,验证了模型的合理性与准确性.通过仿真与实验结果可知,适当的冰冻不仅可以有效的提高微波加热的均匀性,还对研究微波的靶向性加热特性有一定的指导意义.     

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.     

微波多模腔金属边界移动对加热的影响研究

微波加热作为一种新型、高效的加热方法,在化学催化及材料处理等方面有着巨大的优势,但是微波加热的非均匀性限制了其在化工等行业中的大规模应用.本文设计了一种可移动金属壁的微波加热多模腔.在加热过程中,通过单向移动微波多模腔的金属壁,实现腔体内电场分布的不断改变,从而达到提高加热均匀性的目的.在仿真计算中,通过使用移动网格方法实现了整个加热过程的模拟计算.通过与离散位置的电场值和端口反射系数比较,验证了计算方法的准确性.通过比较被加热物质的温度变异系数(COV),可以看出移动金属壁的微波多模腔的加热均匀性相对于固定尺寸的多模腔的提高了近18%~38%.同时,本文分析了不同金属壁移动方式对加热效果的影响,提出可根据材料的属性和要求,计算选择理想的金属壁移动方式,获得更优的处理结果.