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%.     

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...     

基于HFSS优化微波反应器去除废水中喹啉

微波化学反应器反应腔体形式能影响微波场在腔体内的分布,不同的微波分布形式会影响微波腔体内的温度分布均匀性,这种温度差异性造成了微波能量的浪费,从而将影响微波化学反应器对污染物的去除效果.从微波腔体形式方面考察了微波场在腔体中的分布,建立了矩形、八面体和圆柱体3种微波反应器反应腔体模型,利用HFSS专业电磁模拟软件进行仿真计算,讨论了不同的微波反应腔体对微波分布均匀性的影响,结果显示相对于矩形微波腔体和八面体微波腔体,微波在圆柱形反应腔体内的分布呈现规律性分布,即驻波均匀的分布在负载水的周围,这种分布会使得负载水中的电场分布更加均匀,并且这种趋势从矩形到八面体再到圆柱体腔体越来越明显.结合圆柱体微波腔体在实际制作中的困难,所以选择八面体微波腔体作为最佳的微波反应腔体形式.根据模拟结果对实验室现有的微波反应器进行了优化,并应用于喹啉降解实验,结果显示改造后反应装置对H2O2分解速率加快,对喹啉去除率提高了5.27%,对TOC去除率提高了4.15%.     

基于布谷鸟搜索神经网络的微波加热温度预测模型

微波加热是一种与被加热物直接相互作用的选择性加热方式,具有清洁、节能、减排等特点。针对工业物料作为微波加热负载时,其温度非线性变化的特点,以微波工业加热过程中的多维、海量参数为研究对象,基于泛函接神经网络模型提取样本数据的深度特征,提出了一种基于布谷鸟搜索算法,优化BP神经网络的网络参数,建立了以"数据驱动"为手段微波加热工业物料温度模型。仿真实验结果证明了所提出模型的准确性、实时性。     

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.     

采用多准则决策分析的高功率微波源多目标优化设计

为解决高功率微波源优化设计难度较大的问题，将多准则决策分析方法、遗传算法和全电磁粒子模拟软件UNIPIC相结合，提出了一种适于高功率微波源的多目标优化设计方法FSAWS-GA。通过对待优化器件的结构参数进行浮点编码生成种群个体，利用多准则决策分析方法中的主观目标和客观目标评价算法实现个体适应度评价，基于遗传算法实现种群进化，达到高功率微波源多目标优化设计的目的。对比测试结果表明：FSAWS-GA算法较传统单目标遗传优化算法，对高功率微波源优化有更好的适应性，能够优化出多性能指标均符合设计要求的器件结构。利用FSAWS-GA对一种Ka波段的相对论返波管进行了结构优化测试，得到了输出功率为0.642 GW、工作频率为26.68 GHz、频率纯度为0.09、电子通过率为86.72%、能量转换效率为15.6%的新型器件结构。新型器件结构在确保多项性能指标均满足设计要求的前提下，输出功率较原器件提高了210.1%,验证了利用FSAWS-GA算法实现高功率微波源多目标优化设计的可行性。     

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.     

4.6 GHz高功率微波岩石钻探技术

利用高功率微波加热熔化岩石介质实现地下破岩是全新的钻探技术,其具有快速钻探的潜在优势。为进行4.6 GHz高功率微波加热穿透岩石技术研究,分析了微波加热岩石的基本原理和影响介质温升速率的因素,采用多物理场耦合法模拟10 kW功率下的电场分布和介质的温度变化规律,最后在4.6 GHz/250 kW实验平台上开展了相关钻岩实验。结果表明:高功率微波能量对硬岩石有很好的烧蚀效果;烧蚀的孔径大小与入射功率及辐射时间成正比。实验现象与仿真结果相吻合,为后续的微波钻探技术应用于实际钻井工程提供理论和实验指导。     

物理方法提高高温变性豆粕可溶性蛋白质的方法

研究了微波处理、水浴加热、超声处理及高压均质对高温变性豆粕可溶性蛋白含量的影响.通过实验证明微波处理和水浴加热对提高高温变性豆粕氮溶解指数效果明显,并对两种加热处理方式进行了正交L9(34)优化试验.结果表明,微波(700 W)处理在pH 8.0,底物质量分数3%,时间5 min时氮溶解指数达到70.39%;加热处理高温变性豆粕的较佳条件为pH 8.0,反应时间90 min,底物质量分数为1%,其溶液氮溶解指数可达74.81%;但在较高底物质量分数(3%)下,加热处理高温变性豆粕的氮溶解指数只达到63.96%.微波处理后蛋白质的其他功能性要优于酶处理后的,因此微波加热处理高温变性豆粕可有效提高生产效率,有利于实现工业化生产.     

微波强化TiO_2/AC光催化剂的制备及其光催化活性的研究

目的研究微波强化活性炭负载型TiO_2催化剂的光催化活性,确定催化剂的最佳制备条件.方法在自制的紫外光催化反应器中,以活性艳红X-3B染料水样的脱色率为参数,设计并讨论了微波辐射时间、微波功率及催化剂负载次数等单因素对光催化剂制备及其物理化学性质的影响.结果微波强化TiO_2/AC光催化剂的最佳制备条件为微波功率520 W,微波辐射时间1. 5 min,负载次数3次,其处理活性艳红X-3B染料水样的脱色率可达95. 6%.结论微波辐射制备的光催化剂表面存在较多的缺陷和较丰富表面羟基,提高了TiO_2表面电子-空穴对的分离效率,提高了光催化降解的效率.     

卷积完全匹配层截断三维金属圆柱波导的应用

讨论在直角坐标系下用卷积完全匹配层(CPML)截断圆柱波导开放边界的模型, 给出了CPML的构造参数. 计算了不同频率和模式激励源作用下CPML反射引起的相对误差, 数值结果表明, 最大相对误差都小于-70 dB, 能够满足模拟计算的要求.      

数字控制全桥软开关电源的Saber仿真分析

利用Saber软件完成了对移相控制全桥ZVS电源系统的建模和仿真分析,设计了基于峰值电流模式和PI调节器的数字控制系统。仿真结果表明该系统参数可以为大功率开关电源的设计开发提供重要的参考依据。     

大功率太赫兹返波管的数值模拟研究

为了提升传统超高频小功率返波管的工作频率和输出功率,提出了一种过模表面波太赫兹返波管的紧凑结构.其中,慢波系统是在一段过模圆柱波导内壁沿圆周方向平行挖去若干个均匀环形槽构成的,相邻槽间距固定不变.该结构较之传统的单模结构能有效地降低管内电场强度、避免场击穿,提高系统在太赫兹频段的功率容量.采用数值模拟的方法对该慢波系统的结构参数进行了筛选,最终选取波导内半径为2 mm、槽深为0.2 mm、槽宽为0.6 mm、单周期长度为1 mm,共采用17个周期.利用2.5维粒子模拟程序对系统进行了热测实验,在电子注电压为550 kV、电子注电流为350 A的条件下,模拟得到了14.4 MW的峰值功率输出,其能量转换效率达到7.5%,振荡频率高于0.14 THz,时域波形及频谱特性良好.     

C波段高增益宽带准八木天线阵列

提出了一种高增益的宽带准八木天线阵列。天线为印刷电路板的形式,通过平衡微带线给印刷对称振子馈电。为节省空间,将馈线与反射器进行了一体化的设计。为提高天线单元的增益和带宽,在有源振子前方引入了寄生振子和一段介质板。为进一步提高天线增益,将天线单元组成二元阵,设计了一个宽带平衡与等功率分配的馈电网络。整个天线阵连同馈电网络印刷在一块FR4环氧板的两侧,使用电磁仿真软件CST Microwave Studio进行建模与仿真分析。根据仿真结果制作了天线阵列,在微波暗室内进行测试。结果表明,天线在(4.4—7.0)GHz的频带内反射系数小于-10 dB,相对带宽为45.6%,在整个工作频段内平均增益为6.2 dBi,达到了预期效果。     

高功率矩形波导可调衰减器的仿真设计与实验

为了满足微波化学反应对功率可变的要求,设计了高功率可调衰减器.利用HFSS软件计算了衰减器外壳形状和宽度对衰减量和电压驻波比的影响,得到了最优结构尺寸的高功率可调衰减器.按照仿真得到的最优结构尺寸,制作了高功率矩形波导可调衰减器.衰减器实测的最大衰减量为8.6 dB.衰减片插入波导的深度小于40 mm时,电压驻波比均小于1.1,此时最大衰减量为5 dB;插入波导的深度大于40 mm时,电压驻波比有所增加,最大值为1.55,此时最大衰减量达到10.3 dB.仿真结果与实验结果一致.     

高温与液压对快堆座式主容器屈曲的影响

讨论了快中子增殖反应堆在运行工况下，主容器内液态钠的高温和液压的存在对容器的屈曲行为的影响。首先用有限元分析了聚氯乙烯圆柱容器实验模型在室温和高温、无液压和有液压时在模拟水平地震的水平力和弯矩荷载下的屈曲荷载与屈曲模态，高温使容器的弹性模量降低，从而使容器抗屈曲能力降低，而液压的存在使抗屈曲能力增加。计算结果与实验结果吻合得到很好。然后用同一程序计算了中国实验快堆钠池主要容器在室温和高温、无液压和有液压时在模拟水平地震的水平力和弯矩荷载下的静态屈曲荷载与屈曲模态，由于屈曲发生在主容器的裙座，不是在有液体的主圆柱壳上，高温和液压对屈曲荷载与屈曲模态几乎没有影响。     

飞行保障过程中车辆调度建模与仿真

在分析建模与仿真技术在航空兵场站飞行保障中潜在应用的基础上,利用离散事件仿真(DES)方法建立了飞行保障过程中主动保障方式和被动保障方式下的两种车辆调度模型,并利用ARENA软件对所建模型的一个实例进行了仿真。仿真结果表明:网络化条件下的主动保障方式的单机保障时间比传统的被动保障方式的单机保障时间缩短3.25 min,保障效率提高10.6%。     

长方形岩石劈裂应力分析

 提出一种基于弹性力学平面问题傅里叶级数的长方形岩石劈裂应力解析方法。为了与该傅里叶级数解析方法比较,建立了相同劈裂载荷条件下长方形岩石三维有限元模型,分析了劈裂试件的应力分布,以及试件宽长比、垫条宽度对劈裂试件应力分布的影响。结果表明,两种方法的分析结果一致,劈裂试件的最大拉应力未出现在试件中心,而是出现在试件x=0 对称轴上靠近边界的某一点;最大拉应力随着垫条宽度2c 和试件宽长比b/a 的增加而减小;正方形试件的最大拉应力大于圆柱形试件的最大拉应力。通过类岩石材料劈裂实验,证明了该傅里叶级数解析方法描述的长方形岩石劈裂应力分布规律与实验结果相符。     

复合材料层合圆柱壳体缓冲吸能的实验与模拟

根据复合材料层合圆柱壳体受轴向冲击作用下的动力学,通过准静态压缩实验对标准型和采用花瓣型引发方式的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合圆柱壳体的缓冲吸能特性进行了研究,运用ANSYS/LS-DYNA基于Chang-Chang失效准则判断的模型对落锤冲击下复合材料层合圆柱壳体的动力响应过程进行了模拟,标准型复合材料层合圆柱壳体模拟的结果与关键性实验数据能较好地吻合,其中4ms时刻的速度、位移、加速度以及加速度峰值的误差分别为19.5%,12.0%,6.4%,14.6%.而花瓣型复合材料层合圆柱壳体在引发方式上的改进使得材料在比吸能上有所提高,而且能极大地降低初始荷载峰值并延长到达峰值所需的压溃位移长度.利用基于Chang-Chang失效准则判断的模型可准确模拟压溃过程和材料的失效现象.     

三相电压型PWM整流器滑模变结构直接功率控制

摘 要：本文提出了一种基于滑模变结构控制理论的三相PWM整流器直接功率控制方案,它利用滑模变结构控制系统的鲁棒性和动态性能较好、参数整定简单的优点,解决了传统上基于PI算法的直接功率控制系统抗扰性能差、对PI控制参数较敏感、网侧电流总谐波含量（THD）较大的缺点;在MATLAB/SIMULINK环境中建立仿真模型,对滑模控制和PI控制两种方案进行仿真比较,结果表明滑模控制方案明显优于PI控制方案.