金属孔阵列电极板间大气压等离子体的微波传输特性

为探究微波反射法用于诊断射频大气压辉光放电等离子体核心区的可行性,使用COMSOL软件仿真模拟微波通过金属孔阵列结构及存在等离子体的金属孔阵列电极结构的传输特性,分别研究结构参数和等离子体密度对微波传输的影响.结果表明:在57～61 GHz反射频谱中存在两种具有相反特性的表面等离激元共振模式;改变电极的结构尺寸会导致共...     

高功率矩形微波反应器加载圆柱形负载的仿真优化

利用高频电磁仿真软件HFSS 13对加载圆柱形负载的高功率矩形微波反应器进行建模仿真,计算馈口夹角及距离、负载材料、尺寸及位置对微波反应器加热效率的影响,获得各设计参数与反射功率之间的关系,分析得出优化高功率矩形微波反应器加热效率的普适结论.基于优化结论,选取各优化参数重新进行建模仿真.仿真结果显示,加热负载为粉煤灰和玻璃时微波吸收效率最高分别可达98.5%和95.3%.     

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.     

多物理场耦合仿真对流在微波加热中的作用机理研究

微波炉加热水或者牛奶等液态食物时,在温度横向分布向不均匀的同时会出现比较明显的纵向不均匀,其特点是上部的温度高于底部温度,最终导致微波加热不充分.为了分析温度纵向不均匀性产生的作用机理,以进一步提高加热效果,本文使用了多物理场仿真软件,模拟了微波与常规电热器等底部加热方式加热一杯水时温度变化的情况.通过分析对流现象对电场与温度分布的影响,我们发现：由于微波加热的不均匀导致对流只发生在局部区域,无法形成类似于电热器底部加热方式中自下而上的对流,最终导致了温度分层的现象.     

基于场路结合的微波加热系统等效电路模型

研究了微波加热过程中微波与被加热媒质之间动态响应过程。在微波加热动态过程中,求解电磁热耦合多物理场方程组复杂且耗时,为此,本文提出了基于“场路结合”的微波加热等效电路分析方法。首先,定性分析微波传输过程中加热媒质、腔壁、微波馈入口介质片的阻抗特性,用阻抗特性相同的电路元件等效微波传输过程中各类介质的阻抗作用,建立微波加热系统的等效电路模型;其次,用全波场分析方法分析媒质、腔壁、微波馈入口介质片对电磁波的吸收、反射和透射作用,微波电磁场的变化用散射参数定量表示;然后,通过参数转换将定量分析得到的散射参数转换为等效电路阻抗参数,代入等效电路模型中,以提高等效电路模型计算的精确度;最后,通过等效电路计算获得微波应用器中加热媒质部分的电场强度,求出媒质耗散的微波功率,进而计算出媒质加热温度。研究结果表明：当计算微波媒质加热温度时,场路结合方法在保证计算精确度的同时计算耗时为有限元方法的一半,体现了场路结合方法的优越性。在不同条件下的微波加热媒质实例计算中,场路结合求解准确率在96%以上,验证了场路结合方法求解微波加热问题的可行性和有效性。     

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...     

计算机模拟反射式速调管中电子的运动

本文针对微波实验教学中,反射式速调管工作原理难以理解,影响实验正常进行的困难,对反射式速调管中电子的运动进行了计算机图形模拟.通过在模拟程序中对速调管反射极电压的改变,不仅可以观察电子运动的不同轨迹,而且还能模拟研究反射极电压与微波输出功率的关系,解决了微波实验教学中的难点,有效提高了实验课的教学质量.     

微波加热低渗透煤岩温度分布及影响特征

为研究微波加热开采低渗透煤层气的效率,采用不同功率的微波加热煤体实验和对比数值模拟相结合的方法,开展微波加热低渗透煤岩温度分布范围及影响规律研究.结果表明:微波功率的大小决定了升温的快慢,温度越高,功率对升温速度的影响就越明显.微波加热时传热速率是电加热的1.5倍,煤体温度与微波功率有线性增长关系;温度场的分布在微波电场传播方向上具有明显的阶段性和区域分布不均匀性,在微波输出端口处温度值最大,随距离增加温度值快速降低.煤体的最高和最低温度随微波功率变化而发生变化.研究成果对我国低渗透煤层煤层气开采提供参考.     

圆柱形凸槽结构对微波反应器加热效率及均匀性的影响

加热不均匀和微波能利用效率偏低是制约微波技术在食品生产过程中规模化应用的瓶颈.提出在腔体内壁设置圆柱形凸槽的优化策略,利用有限元法仿真研究凸槽结构参数对微波反应器加热效率和均匀性的影响.研究结果表明:圆柱形凸槽结构能有效提升微波反应器的加热效率和加热均匀性,且彼此之间存在着一系列规律,优化后微波反应器的加热效率达到98.53%,均匀性最大提升幅度达到54.12%.     

基于多物理场计算的微波加热均匀性研究

针对微波加热液体过程中存在温度分布不均匀的问题,提出利用锚式搅拌桨对被加热液体进行搅拌的办法。通过多物理场耦合计算对微波加热静止的去离子水和加热过程中用锚式搅拌桨以不同转速搅拌去离子水的过程进行仿真,研究了搅拌对去离子水温度分布和变异系数的影响,并通过实验验证。结果表明,与去离子水处于静止状态的加热效果相比,锚式搅拌桨的引入可以减小去离子水内部温差且随着搅拌桨转速提升其对加热均匀性改善效果更加明显。     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

微波场中氧化球团升温性能及结构变化

在氮气保护下对氧化球团进行微波加热,旨在研究微波场中氧化球团的升温性能以及结构变化.氧化球团在中性气氛的微波场中进行加热,升温过程可以划分为缓慢升温、快速升温和较慢升温3个阶段.不同终点温度下氧化球团在冷态时的电磁性能测试以及微观结构观察结果显示:氧化球团在升温过程中内部结构发生了较大的改变,冷态时磨细再成型测其电磁性能变化不大,升温速度的不一致与温度和球团结构变化有关.整个过程中球团的强度和真孔隙率都是先降低再升高的,通过扫描电镜观察发现:颗粒在电磁场中首先出现碎裂现象,随着温度的升高,颗粒发生重结晶,造成球团结构的改变.     

Synthesis of uniform silver nanoparticles by a microwave method in polyethylene glycol with the assistant of polyvinylpyrrolidone

We described a method for the rapid synthesis of uniform silver nanoparticles(NPs) under microwave heating, using poly(ethylene glycol)(PEG) as reducing agent and solvent and poly(vinylpyrrolidinone)(PVP) as capping agent. The transmission electron microscopy(TEM) and UV-Vis extinction spectra were used to characterize the size and uniformity of the silver NPs. At the same reaction temperature, the products with microwave heating were more uniform than that with oil heating. We also investigated the influence of reaction temperature, microwave power, and molar ratio of PVP to AgNO3. In our experiments, uniform silver NPs with mean diameter of 50 nm were synthesized at 140 ℃ under 700 W microwave irradiation with PVP/AgNO3 molar ratio of 5︰1.     

微波加热技术在沥青路面现场维修中的应用

对微波加热技术在沥青路面现场维修中的应用进行了初步的研究和探索，沥青路面材料在微波能作用下，聚集料产生热量并将热传给沥青料，从而达到加热的目的，微波加热有着迅速，穿透深以及均匀一致等优点，在沥青路面维修中的应用前景十分看好     

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.