微波烧结腔内电场的HFSS仿真与实测分析

采用基于有限元法的HFSS电磁仿真软件,对TE103单模微波烧结腔模型进行仿真,模拟了BJ-22型腔体的场分布云图,通过精确的图形显示和色彩对比来表征微波电场在烧结腔内的分布。实测了TE103单模微波烧结腔内的微波电场分布情况。研究表明：HFSS电磁仿真软件可以对单模微波烧结腔内的微波电场分布进行仿真,所得结果与实测结果吻合。     

单模烧结腔内电磁场分布的HFSS仿真

在分析了微波烧结的原理和特点的基础上,利用电磁仿真软件HFSS建立了BJ-22型TE103单模烧结腔的仿真模型,模拟出空腔内电场的分布云图,确定了最佳场分布时的腔体长度为254 mm;通过增加单模烧结腔宽边,减少其窄边,从而改善了腔体性能。仿真结果表明,改进型单模腔扩大了均匀场三维分布范围,均匀场空间分布体积是改进前的2倍。     

随机运动导电粒子对微波腔内电场分布的影响

针对微波腔内不均匀电磁场导致的微波加热不均匀现象,利用金属对微波具有反射的特点,将导电粒子与运动物料相结合,研究了随机运动导电粒子对微波转筒干燥腔内电场分布的影响.利用EDEM与COMSOL软件将运动场与电磁场相耦合,模拟导电粒子的尺寸、数量以及随机运动方式对微波腔内电场分布的影响.结果表明:直径小于20,mm的导电粒子对电场的影响较小;自由随机运动的导电粒子因粒子集聚而恶化微波腔内的电场分布;固定间距的随机运动导电粒子可提高微波腔内的平均电场强度及电场分布的均匀性.     

孔板式电极无针头静电纺丝系统模拟

采用孔板式电极代替传统针头,用Maxwell软件模拟静电纺丝装置的静电场分布,考察了孔板电极尺寸、厚度及孔间距等因素的影响。模拟结果表明:相对于传统的针头式电极系统,孔板式电极电场更加均匀稳定,电极尺寸及厚度影响静电场的分布,而孔间距对静电场几乎无影响。适宜的电极半径R=20~25 mm,厚度H=17 mm。     

W-Cu触头材料的微波烧结

采用微波烧结技术制备W-25Cu触头材料,并与常规烧结进行对比.结果表明:微波烧结升温速度快,周期短,能促进w-Cu材料的致密化:在适当条件下,微波烧结能获得相对密度达99.8%的w-Cu样品;微波烧结能改善W-Cu样品中两相分布的均匀性和w晶粒尺寸的一致性,但引起w晶粒的快速长大;Fe烧结助剂导致W-Cu材料显微组织均匀性变差,并引起晶粒进一步粗化;微波烧结技术能够应用于W-Cu材料的制备,在缩短生产周期、降低生产成本方面具有潜在优势.     

微波烧结金属纯铜压坯

分别采用常规电阻加热与微波加热对金属铜压坯进行烧结并比较样品烧结密度、表观硬度以及显微组织分布:微波烧结在功率为1 kW、频率为2.45 GHz微波炉中进行.结果表明:微波烧结样品平均相对密度达97.3%,略高于相同烧结温度下常规烧结样品的平均相对密度;微波烧结可在较短时间内对粉末冶金金属铜样品实现烧结致密化.另外,微波烧结样品表观硬度比常规烧结样品的高.微波烧结样品具有独特孔隙分布规律,样品横截面中心处孔隙率比横截面边缘处的小;并且微波烧结样品孔隙与显微组织较常规烧结样品细小.     

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%.     

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性，降低装置传导和辐射漏热，提高样品的温度均匀性，基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布，对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明：Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.211 5、4.219 4 K,温度基本一致，且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数；当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸，试样表面发射率低至0.01时，试样自身温度最为均匀，两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布；小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响，自身温差始终保持最小。     

颗粒物在非均匀电场中最大场强的经验公式

提出了一个经验公式,用于解析计算颗粒物在非均匀电场中的最大场强。只要计算出了无颗粒物时的电场分布,然后根据颗粒的位置和半径,就可以求出含颗粒物时的两个极值电场。将不同条件下的该经验公式的计算结果和模拟电荷法的数值计算结果作了比较,二者保持了高度一致性。     

等通道转角挤压-扭转的纯铜变形行为模拟

采用DEFORM-3D有限元模拟软件对纯铜等通道转角挤压-扭转(ECAP-T)进行模拟研究,研究变形过程中试样的等效应力和等效应变分布及变形路径对等效应变分布的影响,对变形后晶粒的细化效果进行分析.结果表明:相对于单纯ECAP变形,ECAP-T具有更大的应变量和更好的晶粒细化效果;多道次挤压后试样沿Bc路径的等效应变分布最均匀,沿A路径较差;ECAP等效应变主要集中在试样的中心部位,但ECAP-T等效应变主要集中在试样表面;ECAP-T变形后沿Bc路径的晶粒细化均匀性最好,Ba路径次之,A路径最差,且变形后试样纵截面上外侧点的变形均匀性比中心处好.     

微波烧结磁铁精矿

对3种磁铁精矿的微波烧结进行了基础研究．主要包括3个方面内容：不同微波处理时间、磁铁精矿中配加不同比例的碳粉以及磁铁精矿中配加不同比例的CaO,对样品微波加热及烧结的影响．研究结果表明：随着微波加热时间的延长,磁铁精矿温度逐步升高,到达一定高度后升温速率变缓;在相同微波加热条件下添加碳粉会降低样品的加热温度;在试样中CaO／SiO2为2．5、加热时间20min和微波输出功率1000W的条件下,可以获得具有一定强度的孔隙状烧结产物,但其强度与现有抽风烧结产品相差较大,其原因有待进一步研究．     

电子枪加速极对空间电场影响的解析研究

 
推导了电子枪中各电极之间的类平行板电容公式,根据电场叠加原理和点电荷场强公式推导了加入加速极前后电子枪的电场分布解析式,并针对轴上关键区域的电场用Matlab进行了仿真分析,结果显示对于阴极半径0.5mm,阳极内半径5mm、外半径30mm,两极间距110mm的结构,在无加速极时只会在阴极表面1.9mm范围内产生大于1V/mm的强电场,其他位置几乎都为零;加入加速极后轴上电场会急剧增大到原来的几百倍,且加速极数目越多,轴上电场越大,并且加入3个电极时可以形成相对最均匀的电场,说明了电子枪设计加速极的原因和必要性,为电子枪结构的设计提供了一定理论依据.
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具有隔模带的闭式螺旋线微波加热器

本文提出了一种具有隔模带的闭式螺旋线微波加热器,很好地解决了闭式螺旋线内,高频电场沿角向分布的非均匀性.这种加热器,可以应用于橡胶微波硫化及其他微波加热中.本文还用场分析法,对这种加热器进行了探讨,论证了电场角向分布均匀性的改善;推导了色散方程并给出了场分布的计算公式.     

辗扩参数对大型厚壁筒形件变形规律的影响

采用数值模拟的方法,建立了大型厚壁筒形件辗扩工艺模型,分析了辊系尺寸、筒形件尺寸和芯辊进给速度对712 mm/308 mm×902 mm筒件辗扩接触弧长和变形区应变分布规律的影响。结果表明,驱动辊半径为500 mm,芯辊半径为130 mm,筒形件内半径为164 mm(壁厚192 mm)时,筒件局部加载时的内外接触弧长之比最小,变形区应变分布的对称性好,变形穿透壁厚所需的压下量最小。驱动辊和芯辊半径分别为500 mm和130 mm条件下,芯辊进给速度为1.5 mm/s时,整个连续辗扩过程中筒件发生壁厚方向均匀的整体变形。辗扩结束后,筒形件中部大部分区域的应变平均值达到1.69.     

Ca(Sm0.5Nb0.5)O3介质陶瓷的微波烧结

通过改变微波烧结温度和保温时间,优化Ca( Sm0.5 Nb0.5) O3 (CSN)陶瓷的微波烧结工艺,用X线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和微波网络分析仪等对试样进行表征.从相组成、显微结构及微波介电性能等方面对微波烧结试样与常规烧结试样进行对比分析.结果表明:微波烧结可大幅降低CSN的烧结温度,促进试样的致密化,其物相组成和传统烧结试样无明显差别;微波烧结还可以改善CSN陶瓷的微波介电性能,在1 375℃微波烧结30 min可获得优异的微波介电性能,介电常数(εr)=20.08,品质因数(Q×f)=37.03 THz,谐振频率温度系数(Tf)=-10.2×10-6℃-1.     

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.     

金属板条波导气体激光器传输模式的分析

对金属板条波导激光器的传输模式进行了理论分析,得出板条波导腔中本征模的场分布规律.该板条波导的结构尺寸:宽度α=20 mm,高度b=2 mm,即α>>b,因此在波导宽度(χ方向)上的损耗远远大于在波导高度(Y方向)上的损耗,并且在波导高度的方向上形成电场沿y方向、磁场沿χ方向振动的混合模EyHxmn,即电场偏振方向沿Y方向,磁场偏振方向沿χ方向.     

一种输电线路电场计算中导线内模拟电荷的优化设置方法

模拟电荷法(charge simulation method, CSM)是计算输电线路周围电场的常用数值方法。为了实现导线内模拟电荷的最优设置并提高电场计算精度,提出了一种被称为分布圆半径优化法的导线内模拟电荷的优化设置方法:在每相等效导线的同心圆上均匀设置4根模拟线电荷,以校验点电位误差为适应值函数,利用一种粒子群优化模拟电荷法(particle swarm optimization charge simulated method, PSOCSM)搜索得到使适应值最小的模拟电荷分布圆的半径。导线表面的电位校验结果显示:分布圆半径优化法的校验点电位平均相对误差比中心单根法(等效导线的中心设置1根模拟线电荷)的误差小2个数量级。利用对应的模拟电荷组进行电场计算,结果表明:相较中心单根法,采用分布圆半径优化法的模拟电荷组计算的21个地面测点的电场值更接近COMSOL仿真值。可见分布圆半径优化法能有效实现导线内模拟电荷的最优设置并提高电场计算精度。     

微波参数对微波烧结过程中电场分布的影响（英文）

用电磁仿真软件HFSS对加载了圆柱形样品烧结腔的电场分布进行了研究。设定不同的介电常数εr和介质损耗角正切值tgδ以便获得不同的电场分布云图。分析和讨论了相对介电常数和介电损耗角对烧结腔和样品的电场分布影响。研究结果表明,不同的相对介电常数对电场分布存在显著的影响,但介电损耗对其影响不大。     

凝胶注模制备空心涡轮叶片陶瓷铸型的颗粒偏析控制

针对凝胶注模制备大尺寸空心涡轮叶片陶瓷铸型产生的颗粒偏析导致铸型均匀性降低、烧结产生变形甚至开裂等问题,以铸型高度方向上的密度变化为评价指标,主要研究了颗粒级配、固相含量、球磨时间、振动等因素对于铸型颗粒偏析的影响,并利用样品粒度分布和微观结构进行佐证。结果表明:当颗粒级配为40μm/5μm、固相体积分数为60%、浆料球磨时间为60min、充型时施加振动频率为60Hz、幅值为3mm时,陶瓷铸型密度梯度最小。成功制备了高度为150mm、上下密度梯度仅为0.89%(密度差异值为0.018g/cm3)的均匀陶瓷铸型,完全满足大尺寸空心涡轮叶片陶瓷铸型的均匀性要求。