数值模拟微波加热化学反应过程的初步研究及热点和热失控现象讨论

通过数值模拟来研究微波加热化学反应这一非线性过程,重点讨论了温度场的时空变化及相关的热点、热失控现象．设被加热物体为无限长圆柱体,入射电磁波为平面波,于是导致了一个二维多物理场的耦合计算问题．计算中采用矩量法求解电磁场积分方程,采用半解析法求解热传导方程,并提出一种微波加热化学反应过程中反应物等效复介电常数的确定方法．对水和一假定的化学反应（A）的计算结果表明,微波加热过程中的热点现象广泛存在,其普遍规律是：当被加热物体半径较小时,电磁波的聚焦作用使物体内部某些地方出现最高温度;当半径增加到一定程度时,电磁波的趋肤效应开始逐渐明显,最高温度出现在物体表面附近,呈现出月牙形的高温区域．这和电磁波传播的基本物理规律相符．在半径值固定的条件下,水在加热过程中热点位置并无变化,而反应A在少数半径值下则有热点的移动．计算研究还发现,无论是水还是反应A,在半径值较小时,热失控现象易发生,即半径值微小的不同会使物体的最高温度有很大不同;相反,在半径值较大时,则热失控现象不明显．值得一提的是,水的最高温度随半径增大呈现震荡减小的趋势,而反应A则几乎是单调减小．这种差别是否只是偶然产生,还需要进一步做出研究．     

模拟一级和二级反应同时发生的化学反应动力学过程软件的开发

物理化学实验中一级和二级反应同时发生的化学反应动力学过程,其实质是一个求解一阶常微分方程的过程.采用Visual Basic 6.0语言,用四阶龙格-库塔法求解,开发了模拟一级和二级反应同时发生的化学反应动力学过程软件,其功能是根据设定的参数计算出参与反应过程中反应物的浓度随时间变化情况,可以直观地看到该反应动力学曲线,并可输出计算结果和图形.     

波在密度周期变化等离子体圆波导中的传播特性

电磁波与等离子体之间的相互作用是等离子体电子学和高功率微波器件研究的重点,加载等离子体可以大幅度提高微波器件的输出功率和效率.该文提出了一种加载密度周期变化等离子体圆波导的周期慢波结构,即加载密度轴向正弦变化等离子体圆波导的介质周期慢波结构,并研究了电磁波在该介质结构中的传播特性,根据严格的理论推导,得出电磁波在其中传播的色散方程并进行了数值计算和分析.     

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.     

固体酸催化菜籽油酯交换反应与微波耦合特性

以甲醇和菜籽油为原料,在固体酸催化剂作用下催化制备生物柴油,考察了反应温度、醇油比、催化剂用量和微波频率对混合物料介电特性的影响,并分析了化学反应体系与微波的耦合能力.试验结果显示:单因素反应条件下,混合物料介电特性随反应时间呈下降趋势;反应温度升高和催化剂用量增大都会使混合物料的介电常数和损耗因素陡降至稳定值的时间点提前,而增加醇油摩尔比起到相反的作用;醇油摩尔比越大,混合物料的介电损耗角正切越大,反应体系与微波的耦合能力越强;微波频率为2 450 MHz时,物料与微波的耦合能力比915 MHz时强.     

干银鱼贮藏过程中色泽变化动力学研究

在4种不同温度(0℃、10℃、20℃、30℃)下贮藏干银鱼,利用色差计测定了干银鱼的色泽明度值,并分析了色泽变化的动力学模型.研究发现:随着时间的延长,干银鱼明度值逐渐下降,而且温度越高,下降越快;温度在10℃以内,明度值随时间变化缓慢,温度越低变化越缓慢,温度高于20℃时,明度变化较快;干银鱼色泽明度值随时间的变化适合一级化学反应动力学模型,速率常数采用阿伦尼乌斯方程,其化学反应活化能为55.654 kJ/mol.     

基于等效时间的混凝土绝热温升

对不同养护温度下的混凝土绝热温升进行了研究,采用化学反应速率描述环境温度对混凝土绝热温升的影响,探讨了化学反应速率与养护温度之间的关系．引入等效时间的概念,根据Arrhenius函数和指数函数研究水化热化学反应速率随温度的变化,最后采用反演分析方法中的最小二乘法回归分析试验数据,确定绝热温升和等效时间的关系式．结果表明,温度对混凝土水化热最高绝热温升影响不大,对于某种混凝土存在唯一的绝热温升与等效时间关系曲线,可以用等效时间描述温度对混凝土绝热温升的影响．     

微波加热FDTD模拟中时间压缩因子的研究

1　引言　　微波加热具有快速、体积加热、效率高等优点 ,因此得到了广泛的应用 .近年来 ,由于微波能够大大加快某些化学反应的速度 ,提高生成物产率 ,改善产物的性能[1] ,因此在化学领域和化工领域都得到了广泛的研究和应用 .但在微波能够改变化学反应速度机理的研究中 ,一个关键的问题是微波辐射过程中化学反应内部温度的分布及其随时间的变化过程 ,是很难通过实验方法得到的[2 ] .此外 ,微波在陶瓷烧结领域也得到了广泛的应用 ,但烧结过程中的温度均匀性有待提高 ,同时由于对烧结过程中陶瓷内部的温度变化缺乏了解 ,常常造成热失控、过烧…     

海洋上大气波导中电磁波传播损耗的误差分析和敏感性试验

为了分析电磁波在海洋波导环境中的传播损耗情况,建立了海洋波导环境中典型的五参数经验模型.讨论了利用地型抛物方程求解时将海平面作为理想导体处理与实际情况的误差,对参数变化导致电磁波传播损耗的变化进行了敏感性分析.结果表明,对于在高频工作的无线电系统,可将海平面作为理想导体近似处理;五参数对电磁波传播损耗变化的敏感性各不相同,存在蒸发波导时,蒸发波导的厚度对电磁波传播损耗变化最为敏感,而存在表面波导时,波导底的高度对电磁波传播损耗变化最为敏感.     

磁性介质表面电磁波特征

根据电与磁的对称性,类比于表面等离子体(SPPs)的性质,本文研究了磁性材料与介质界面的表面电磁波特征.我们称这种表面电磁波为磁表面等离子体(MSPP).本文推导了磁表面等离子体的波矢,并分析了MSPP的波长、传播距离以及穿透深度随磁性材料磁导率的变化,整理了单界面处MSPP在微波波段下的性质.