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。     

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。     

表面纹理对水泥吸波路面微波除冰性能的影响

为了增强水泥混凝土路面除冰效率,本文制备了吸波及疏水涂层,并在此基础上,构建了8种不同表面纹理,用于探究表面纹理、吸波材料对微波升温性能的影响。首先,以石墨为微波吸收剂,掺加纳米SiO2制备了兼具疏水和吸波性能的水泥基涂层;通过机器学习改进铺砂法获得不同纹理的平均构造深度(mean texture depth ,MTD);为了评估MTD对微波升温效率、均匀性的影响,采用课题组自行研发的微波除冰车进行微波升温试验;同时,测试了普通及涂层混凝土表面的接触角,进行了冰-混凝土冰粘附性剪切试验,用于评价本文所制备涂层的除冰效果。最后,为了保证本研究设计涂层的抗滑性能,还进行了表面抗滑摆值测试。结果表明: 不同程度纹理和吸波涂层两者耦合作用增强水泥路面的吸波升温效率,但纹理对升温均匀性有负面影响;当MTD从0.41 mm(未处理表面)提高至2.11mm时,吸波涂层试件的吸波升温效率提高1.42倍。同时,涂层也显著增强了试件表面的接触角,接触角从25.5°提升至104°,进而冰粘附强度降低。当设计厚度为1.5 mm时,在满足抗滑性的同时涂层仍具有较好的吸波性能。     

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.     

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。     

含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性

采用微波加热法避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象. 利用微波冶金炉,针对含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性进行了研究. 结果表明,含碳铬铁矿粉在频率2.450 GHz的微波场中具有良好的升温特性. 在微波加热功率10 kW、含碳铬铁矿粉1 kg的条件下,含碳铬铁矿粉在7 min内温度可升至1 100 ℃,升温速率为157.1 ℃·min-1;而含碳磁铁矿粉在10 min内温度升至1 000 ℃,升温速率仅为100 ℃·min-1. 提高配碳比,可提高含碳铬铁矿粉的升温速率和降低轻烧钙质石灰粉对物料升温速率的影响.     

采用低温微波法和电加热法再生载甲苯活性炭

采用低温微波法(60、120、180 W)和电加热法对载甲苯松木活性炭进行再生。比较了这两种再生方法下活性炭的再生效率、升温速率、能耗,并分析了再生前后活性炭的物理化学性能。结果表明:经过5次吸附—微波辐射再生之后,活性炭吸附量基本保持原有吸附量的45%。随着微波功率从60 W 升高到120 W,再生时间从60 min降低到22 min,再生效率从1.7%/min增加到4.5%/min。而传统电加热再生法再生时间为180 min, 是微波法的3～6倍; 功率为60 W的微波加热法的升温速率为178 ℃/min,而电加热法升温速率只有9 ℃/min; 从能耗角度看,微波再生法的能耗为29.7 kJ/g,而电加热法的能耗则为74.3 kJ/g; 并且经检测微波法再生后活性炭的孔隙结构和官能团未发生改变。     

粒度对硼铁矿介电特性及微波加热特征的影响

采用谐振腔微扰法测定了不同粒度的硼铁矿在频率为2.45GHz和温度为20~800℃的介电特性,并测定其在微波场下的升温特征.结果表明:随着矿样粒度的减小,填充层空隙率降低,其介电特性增强,微波场中矿样的升温速率加快.当温度高于200℃时,矿样发生热分解产生大量微空隙而增大了空隙率,矿样的介电特性呈下降趋势,使得微波加热过程中矿样的升温速率降低.粒度对硼铁矿介电特性和升温特征的影响研究为微波在冶金领域中的应用及节约能耗提供理论依据.     

橡胶颗粒沥青路面的除冰机理

为分析橡胶颗粒沥青混合料的除冰机理,研究冰的物理力学性质,通过分析橡胶颗粒沥青路面上冰层破坏的断裂力学,提出应变能密度因子准则作为判断冰层破坏的依据;针对不同温度、不同厚度的冰层,分析弹性模量与除冰效果之间的关系,得到不同弹性模量下的路表面最大变形量;研究超载情况下冰层的受力和变形情况以及弹性模量与除冰效果之间的关系;采用车辙仪法进行室内除冰模拟试验.研究结果表明:混合型断裂破坏是冰层破坏的主要形式,表现为复合型裂纹发生失稳扩展,呈一定辐射状分布,在行车荷载反复作用下,区域裂纹充分扩展或者裂纹分布密度达到一定饱和程度,进而引起冰的局部破碎;随着外界温度升高、冰层厚度减少和行车荷载增大,路表最大竖向位移和能够除冰的橡胶颗粒沥青混合料弹性模量逐渐增大,除冰效果越好;室内除冰模拟试验结果与理论分析结果较吻合,证明了理论分析的可靠性.     

微波加热含碳碳酸锰矿粉升温机理

利用微波冶金炉对无烟煤和碳酸锰矿粉的混合物料进行加热,研究含碳碳酸锰矿粉在微波场中的升温机理。研究结果表明：含碳碳酸锰矿粉具有优良的微波加热特性和自还原性;在微波加热频率为2．450GHz、碳氧原子摩尔比分别为1．1,1．2和1.3时,微波加热混合物料至1473K的升温速率平均最高达到140．7K／min;不同的加热温度和配碳比下混合物料的介电常数较大,都在5．5左右,而磁导率为1左右,属介电损耗型;微波加热含碳碳酸锰矿粉的升温性能主要取决于含碳碳酸锰矿粉的电磁性能,而电磁性能的改变主要是由物料加热过程中产生的化学反应、晶体结构变化及缺陷状态的改变引起的;配碳比提高,物料吸收微波的能力有所提高;在相同的配碳比下,加热温度升高,吸收微波的能力有所减弱。     

一套大型微波集成电路与互连系统仿真软件──清华微波SPICE

介绍了在通用电路模拟软件ＳＰＩＣＥ３ｅ２源程序的基础上，针对微波电路与互连系统的分析特点所作的改进，经过多年的努力而研制成功的一套大型微波集成电路与互连系统仿真软件：清华微波ＳＰＩＣＥ。其核心技术包括：微波无源元件的建模及其在节点法软件中的内嵌；任意无源网络（包括互连线）的时域分析；进行电磁场分析时电路分析的加速；电原理图编辑器的研制。清华微波ＳＰＩＣＥ在微带不均匀区模型及互连系统的时域分析方面具有很高精度，是一部大型微波集成电路与互连系统仿真软件，具有很好的应用前景。     

微波对食品微生物的非热生物效应与微波杀菌技术

微波杀菌技术快速、高效、安全、保鲜,广泛应用于食品工业.微波对食品微生物具有热效应和非热生物效应,但其机理尤其是微波非热生物效应的机理,至今还不十分清楚.重点探讨了微波的非热生物效应,并结合微波杀菌的特点,提出今后的主要研究方向仍是微波非热生物效应的机理及脉冲微波杀菌技术.     

微波在陶瓷加工中的应用

介绍了陶瓷的传统烧结方法、微波技术、微波与陶瓷材料之间相互作用的特点;分析了近年来微波在陶瓷材料的制备、加工及修复等方面的研究成果及进展;着重探讨了微波烧结的特点和机理,微波在陶瓷材料的烧结,陶瓷涂层技术,微裂纹愈合等方面的应用.     

Ultra-high suppression microwave photonic bandstop filters

A bandstop radio frequency （RF） filter can enhance the capabilities of RF communication systems by removing unwanted signal components such as distortion, or interference. In modem cognitive radio systems, frequency agile filters are desired to block interferers with dynamically changing frequencies and powers. These filters should be tunable over a broad frequency range, and they should be capable of suppressing very strong signals with a high resolution. To simultaneously meet these requirements with traditional RF filters are highly chal- lenging. Microwave photonic （MWP）, a technology that primary deals with the generation, distribution, and processing of high speed RF signals using photonic techniques and components, is promising for creating frequency agile RF filters. However, traditional MWP filters are lacking the high resolution and peak suppression exhibited by state-of-the-art RF electrical filters. We recently introduced a new class of MWP notch filter which is free from this limitation. This scheme allowed the creation of anomalously high suppression MWP notch filter from virtually any kind of optical resonance, irrespective of its type （gain or absorp tion）, or its magnitude. This enabled, for the first time, simultaneous optimization of the MWP filter resolution, peak attenuation, and frequency tuning range. In this paper, we present the analysis of notch filter response creation using the novel sideband processing technique. We then show the applicability of this technique to a wide range of optical filters. We compare simulated and experimental results of the notch filter response created using three types of optical filter commonly used in MWP signal processing, namely stimulated Brillouin scattering （SBS）, an integrated optical ring resonator （ORR）, and a phase-shifted fiber Bragg-grating （FBG）.     

微波在陶瓷加工中的应用与进展

简要介绍了微波与材料之间相互作用的基本原理及其特点。综述了近年来微波在陶瓷材料的制备、加工及修复等方面的最新研究成果。着重探讨了微波烧结的机理研究 ,以及微波加热过程中的非热效应、微波在陶瓷材料的烧结、纳米材料的合成及其后期处理、陶瓷涂层技术、微裂纹愈合的可行性研究等方面的应用前景及相关知识 ,结合目前国内外微波技术的发展现状 ,提出该项技术今后发展的一些初步构想     

微波化甘草酸提取的研究

研究了以甘草切片为原料,用水作溶剂,在微波下对甘草酸提取率的影响.由正交实验得出用微波提取甘草酸的最佳工艺.与传统工艺相比具有省时,省能源等特点,且粗提物的纯度较高,但提取率并无明显提高.     

微波辐射技术在甲壳素烷基化反应中的应用

对微波辐射与常规条件下甲壳素烷基化反应进行了对比，结果表明，在微波辐射条件下，反应速度是常规法的300多倍，极大地节约时间和提高效率，并且发现微波辐射下反应的取代度比常规法的有一定的提高。     

微波辐射合成邻苯二甲酰亚胺

以苯酐和尿素为反应原料，通过微波辐射合成了邻苯二甲酰亚胺。结果表明：微波辐射法的反应速率显著提高，辐射反应100s，收率达85％，产品纯度为95％。同时考察了微波辐射时间、功率、原料配比以及输入能量对反应收率的影响，发现以苯酐和尿素为原料微波合成邻苯二甲酰亚胺的最佳反应条件为：苯酐：尿素＝1：1．2（摩尔比），每克苯酐输入的表观辐射能为11．35kJ，采用连续辐射方式。     

龙眼微波干燥的试验研究

为探讨微波干燥龙眼新技术,采用微波干燥试验装置和自行开发的计算机在线测试系统,进行了不同加热、间歇时间组合条件下的龙眼定功率微波干燥试验．结果表明：龙眼微波干燥过程可分为加速、恒速和降速干燥三个阶段,物料失水过程大部分处于恒速阶段,在2．7～5h内可将龙眼鲜果干燥至含水率20％(w.b．)以下,并获得满意的干燥质量．微波加热时间对干燥速度影响最大,间歇时间的影响受制于加热时间．在干燥后期应缩短加热时间以控制物料温升,避免干燥过度．以试验数据回归的数学方程可用于描述二段式龙眼微波间歇干燥过程．