微波加热陶瓷中热失控现象的分析与控制

对微波加热的热失控过程进行模拟,使用基于时域有限差分法fFDTD）的算法求解Maxwell方程和热传导方程（HTE）耦合的方程组,模拟了微波加热陶瓷板的温度变化过程．在施加不同微波功率的情况下,计算了微波加热下多种介质参数的陶瓷板的温度变化,分析了出现热失控现象的条件．提出一种单温度阈值双微波功率的控制方法,用于提高微波加热效率并且控制热失控现象．同时给出了该控制方法中最终施加微波功率与监视温度闯值的关系．本文的模拟和分析方法可以在微波加热技术相关的领域得到应用．     

肝癌恒功率介入微波热凝固术的有限元模拟

介入微波热凝固疗法(invasive microwave coagulation, IMC)是一种新发展起来的治疗肝癌的方法. 具体讨论了恒功率IMC疗法. 对交替相控加热方式和一种大血管传热模型进行了三维的有限元模拟. 目的在于研究: 1) 介入微波交替相控加热的降低凝固区峰值温度和减小“过热区”大小的效能(有时峰值温度可高达140℃); 2) 模拟了大血管的生物传热模型, 以研究在IMC治疗中大血管对周围组织传热和热凝固区形态的影响. 并且将模拟结果和相应的活体猪实验结果进行对比. 研究的结果包括: (ⅰ) 交替相控加热方式能有效地降低凝固区的峰值温度, 并能缩小“过热区”的大小, 提高治疗的安全性; (ⅱ) 由于大血管冷却而造成的“过冷区”热量损失很大, 解释了为什么临床中在对靠近大血管的肿瘤进行IMC治疗前实施肝大血管阻断术是一种实用的方法; (ⅲ) 提出了大血管影响半径(Rev)参数, 为临床上进行大血管阻断术提供了理论依据.     

微波辐照载催化剂活性炭脱除烟气中NO的实验研究

微波连续辐照活性炭脱除烟气污染物中NO虽然具有很高的脱除效率,但反应温度较高,会造成较高的炭损失,在活性炭中加入催化剂可以降低反应温度、增进反应的选择性.本文利用微波反应器研究了不同催化剂加入对烟气脱硝的影响.研究发现,催化剂的加入会明显降低相同脱除效率下脱硝所需要的微波功率,不同催化剂的加入所引起的效果亦有差异,铜基催化剂的催化作用更明显.加入铜基催化剂后,脱硝反应温度降低约200℃,可提高脱除效率25%左右.采用X射线衍射（XRD）对活性炭进行了微观表征分析,分析结果显示出活性炭表面存在催化剂活性成分.     

微波辐照活性炭床脱硫脱硝动力学研究

利用微波的诱导催化作用结合活性炭的吸附和还原能力可以实现烟气中硫氮氧化物的还原脱除。根据实验结果以及对反应产物的测试,分析了微波脱硫脱硝的反应历程。利用热力学原理对活性炭碳热还原脱硫脱硝的热力学参数进行了计算。动力学实验结果表明,微波辐照活性炭同时脱硫脱硝过程可以分为慢速反应区和快速反应区2部分。高温反应区SO2和NO的反应表观活化能分别为30.69和24.06kJmol-1。研究结果反映出微波不仅以其热效应促进了脱除反应的进行,更发挥了它的诱导催化效应。     

微波辐射法快速制备龙虾壳聚糖工艺的研究

以地产龙虾壳为原料．探讨微渡辐射法快速制备壳聚糖的工艺。着重时微波辐射法制备壳聚糖的加热时间、碱液浓度等对壳聚糖脱乙酰度、粘度等性质的影响进行研究，并和酸碱法制备壳聚糖的方法进行比较。结果表明：微波辐射法制备龙虾壳聚糖的适宜工艺为：碱液浓度45％；微波加热15min；微波功率280W；具高效性。用该法制备的龙虾壳聚糖的红外光谱和X射线衍射谱图与市售生化级壳聚糖的图谱基本一致，且工艺设备简单，操作方便，具有较强的推广性。     

聚束透镜在微波热疗中的应用

根据等光程理论分析电磁波在透镜中的传输过程, 说明透镜具有将电磁波会聚的功能. 在此基础上本文采用低损耗材料设计了平凸旋转双曲面透镜, 与临床热疗常用的矩形微带天线组成透镜天线, 通过对比加载聚束透镜前后天线的技术指标、电场强度及热辐照的测试数据, 结果表明: 在近场透镜能将初级辐射馈源的弱方向性电磁波聚集为锐方向性电磁波束, 使入射的微波功率密度增加; 在肿瘤的微波热疗中, 透镜天线对浅表层肿瘤的治疗具有方向性好、增益大、热效率高等特点, 且治疗区域较小, 不易损伤肿瘤周围正常组织.     

高超声速非平衡气动加热试验及数值分析研究

高超声速非平衡流动气动加热的精确预测是当前高超声速飞行器热防护设计面临的难点和热点问题.设计了外形简单的球柱测热模型,采用表面溅射金Au和二氧化硅SiO_2的方法改变了模型和塞式量热计表面的催化特性,并在电弧风洞中开展了高超声速非平衡流动气动加热试验,获得了近完全催化壁及近非催化壁两种条件下模型表面的气动加热数据.通过和数值模拟结果对比分析,对高温化学非平衡气动加热的数值预测方法进行了验证,结果表明:表面材料的催化特性对非平衡气动加热有显著影响,测热模型的球面上催化效应影响明显,完全催化热流要高于非催化热流,而柱面上催化效应较弱;数值模拟得到的不同壁面催化条件之间热流差异大于地面试验结果;计算结果与试验结果相比,完全催化壁热流相差在5%以内,完全非催化壁热流相差超过10%.     

微波辅助湿式氧化处理对硝基酚溶液的研究

考察了活性炭固定床反应器在微波辅助湿式氧化作用下对对硝基酚(PNP)溶液的降解情况. 在消除活性炭吸附作用后, 两种浓度(218.6和1200 mg/L)的对硝基酚溶液在微波功率500W, 水流量6.4 mL/min, 空气流量40或60 mL/min条件下的去除率大于90%, 矿化率超过65%. 微波作用机理与普通的电加热不同并使溶液的可生化性从0.284提高到0.607. 苯酚、硝基苯、氢醌、苯醌等是主要的降解产物, 以此推测出微波辅助湿式氧化作用下对硝基酚的降解途径.     

无溶剂微波辅助-液相微萃取测定土壤中的滴滴涕

建立了一种快速、有效、环境友好的样品前处理方法,即无溶剂微波辅助-液相微萃取技术,并结合高效液相色谱法对土壤中的滴滴涕残留进行了测定分析,同时对影响萃取效率的相关因素,如萃取溶剂的种类、微波辐射功率、萃取时间和pH等因素进行了优化。最终确定最佳优化条件为：萃取溶剂为正庚烷,微波辐射功率为120w,萃取时间为1rain,pH为5。在最优条件下,滴滴涕的检出限（S／N=3）为0．18μg／kg,定量限（S／N=10）为0．59μg／kg,实际土壤加标回收率87．34％～96．41％之间,相对标准偏差RSDs在5．75％～6．72％之间。理论分析和实验结果表明,该方法具有操作简便,节省溶剂,快速,高效,选择性好等特点。     

单个微米级SnAgCu金属微滴的大冷速快速热分析研究

利用最新开发的快速热分析技术,对Sn-3.0Ag-0.5Cu（wt%）合金微米尺度单个微滴的凝固过冷度进行了研究.该技术可以实现对单个金属微滴的高速加热和冷却处理,其加热或冷却速率可达到1×10^2～1×10^4K/s.由于单个金属凝固微滴在不同加热和冷却过程中始终保持为球状,基本上保证了颗粒的几何形状的稳定性,使得同一实验条件下微滴尺寸的影响因素可以剔除,初步解决了长期以来困扰快速凝固领域金属微滴凝固尺寸和冷却速率2个因素相互影响的问题,使得研究冷却速度和微滴尺寸对快速微滴凝固过程的独立影响成为可能.同时,本研究成功实现了大冷速条件下的金属微滴过冷度的原位检测,有别于以往仅靠理论计算估计快速凝固过冷度的研究.研究结果发现,随冷却速率的提高,微滴凝固的过冷度会随之增大.本实验条件下的最大原位过冷度可以达到116.9K,当冷却速度达到2×10^3K/s以上时,凝固过冷度会发生突变,但冷速一直提高到1×10^4K/s时,过冷度的提高幅度均不大,意味着仅靠冷却速率的提高无法获得大过冷的凝固条件.     

活性粉末混凝土热物理性质的研究

通过高温试验获得了不同钢纤维掺量RPC的热传导、热扩散、比热容和热膨胀等热物理性质,分析了RPC热物理性质随温度和钢纤维掺量变化的规律,并与普通高强和高性能混凝土的热物理性质进行了对比.建立了RPC热物性参数随温度和钢纤维掺量变化的经验关系.利用传热学和固体物理方法分析了RPC传热过程与热传导性质变化的微观物理机制,推导了RPC的比热容和热膨胀系数的理论表达式,利用理论模型定量地分析了温度和钢纤维对RPC比热容和热膨胀性质的不同影响,并给出了判别条件,理论预测与试验观测相一致.     

时间反转镜像技术在微波致热超声成像系统中的应用

论证了不同生物组织对微波能的吸收分布与微波致热声源分布的比例关系,然后将基于伪谱时域方法的时间反转镜像技术用于微波致热超声扫描成像系统中．仿真表明,在很低的信噪比和模型参数存在随机变化的情况下,基于伪谱时域方法的时间反转镜像结果仍然具有良好的成像对比度和成像分辨率．     

圆片级感应局部加热封装研究

提出一种MEMS高频电磁局部感应加热封装的方法, 并将其应用于圆片级感应局部加热封装. 为达到MEMS圆片级封装键合, 通过数值模拟和实验研究, 首先设计与优化感应器的结构, 其次验证PCB板在感应器内的加热情况, 初步实现了MEMS在均匀磁场中的均匀局部感应加热封装. 结果表明: 采用局部感应加热封装, 可有效降低封装过程中热对芯片的影响,可大大减小芯片的热应力, 有效提高MEMS器件的寿命.     

粉剂类化妆品中铅检测预处理方法探讨

化妆品重金属检测前的预处理非常重要,粉剂类化妆品由于其成分不同于膏霜和乳液类化妆品,因此,采用的预处理方法也与之不同.本文对比了干灰化法、湿法消解和压力罐消解法,在试验中加入了超声和微波等辅助手段.发现压力罐消解配合超声与微渡的方法能有效提高待测元素溶出结果.回收率在96～104%.     

植物有效成分微波萃取的研究进展

本文较为全面地介绍了目前国内外微波萃取技术及其发展动态,包括微波萃取的机理分析、微波萃取设备、动态循环阶段连续逆流提取设备装置、微波在萃取植物有效成分方面的应用等。     

微三角形槽道内非均匀定热流加热下的滑移流动换热

针对微三角形槽道, 利用正交函数法求解了滑移流区内带温度跳跃边界条件的能量方程, 理论分析了多种不同非均匀定热流密度加热条件下不可压缩气体在微三角形槽道内热充分发展滑移流动的换热特性, 获得了相应的温度分布及平均Nusselt数的计算式. 讨论了Knudsen数、微槽高宽比及不同加热边界条件对平均Nusselt数的影响. 计算结果表明: 正交函数法适用于微三角形槽道内滑移流动换热特性的分析计算; 在滑移流区, 微三角形槽道内的平均Nusselt数随Kn数的增加而减小, 但减小的幅度随微槽的高宽比和加热边界条件的不同而不同. 对微正三角形槽道而言, 相比单独底边加热条件, 两斜边加热条件下的换热性能在小Kn数时下降较缓, 在大Kn数时下降较大. 最后得到了非均匀加热边界条件下微正三角形槽道内平均Nusselt数的计算关联式.     

微波快速烧结对弛豫铁电陶瓷显微结构与性能的改善

研究了 2 45GHz多模腔微波烧结系统对组成为xPb(Mg1/3 Nb2 /3 )O3 yPb(Zn1/3 Nb2 /3 )O3 zPbTiO3 的弛豫铁电陶瓷快速均匀烧结过程 .与常规烧结相比 ,微波烧结可显著提高致密化速率 .同时细化晶粒、晶界 ,改善材料显微结构 ,从而大幅度提高材料的击穿场强和断裂强度 ,并达到与常规烧结相近的介电常数 .研究结果表明对于弛豫铁电陶瓷微波烧结比其他陶瓷材料更有利于显微结构和性能改善     

液固比对铁粒子形貌、结构、电导率和微波电磁特性的影响

采用球磨工艺,仅通过控制液固比λ得到不同形貌和结构的铁粒子.研究了λ对铁粒子的形貌、结构、电导率、微波电磁和吸收特性的影响规律.结果表明,随λ在0～0.25范围内增大,球磨过程中的焊合和微锻作用分别减弱和增强,导致铁粒子的高活性原子面和形状各向异性分别减小和增大.这使铁粒子的电导率在88.50～2.25 S.cm·1范围内非线性降低,而电磁参数呈规律性变化.其中,湿磨（λ=0.08～0.25）得到的片状铁粒子具有比干磨（λ=0）获得的不规则铁粒子更低的电导率、更高的介电常数、磁导率和吸波性能.这主要得益于片状结构产生的介电驰豫损耗、交换能和电导损耗的协同作用.这表明通过改变λ能有效地调控产物的结构形貌、电导率、微波电磁和吸收特性.     

一步法制备核壳结构的碳纳米管

采用微波辅助多元醇还原法一步制备了纳米镍和包覆镍的多壁碳纳米管.利用拉曼光谱仪、透射电子显微镜、X 射线衍射仪和振动样品磁强计等测试手段对产物的拉曼光谱、形貌、物相和磁性进行分析. 结果表明, 当有黑色悬浮物镍出现, 继续反应, 由于镍金属的微波涡流效应产生的电火花, 可合成碳纳米管. 研究发现, 所制备的碳纳米管是多壁的, 管径约为18~20 nm. 该镍/碳纳米管核壳结构的磁滞回线有别于单一的纳米镍.     

化学反应和结晶控制的电化学储能电极材料

电化学储能材料的微结构、尺寸、形貌等特征直接影响着电化学储能设备的性能,例如能量密度、功率密度、寿命等.因此,合成高电化学活性的电极材料是储能设备性能的重要制约因素.在电极材料的合成过程中,化学反应是材料合成的第一个步骤,然后经过结晶过程最终得到电极材料.通过控制化学反应和结晶过程,可以得到具有不同活性的电极材料.电极材料制备过程中的化学反应以及电能储存过程中的电化学反应都是本文要研究的问题.虽然在材料合成方面取得了巨大的进步,能够合成各种不同形貌、结构和性能的电极材料,但是对化学反应如何控制材料的结晶、结晶过程如何影响材料的电化学性能以及电极材料和电化学活性的对应关系,依然缺少深入的理解.本文通过研究反应控制的结晶过程以及结晶影响的电化学性能,揭示化学反应-结晶、结晶-电化学性能和化学反应-电化学性能的关系,以及提高储能材料综合性能的途径.