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.     

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%.     

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.     

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.     

多模微波加热腔电场剧变条件研究

在多模腔中实现均匀加热较为困难但极其重要,而电场的特性对能否实现均匀加热起决定性作用.研究多模腔电场产生剧变的条件,对于改善微波加热均匀性有积极意义.本文从亥姆赫兹方程出发,利用并矢格林函数,得到了腔体内电场的积分方程;然后,通过此方程讨论并得到电场稳定性的主要影响因素和特点;最后,在运用有限元法验证多模腔电场特性的基础上,进一步得到导致电场产生剧变的各参数的最小变化量.     

PCR芯片中微腔室高度及加热器结构优化设计

对PCR扩增芯片中微加热器的传热及微腔(DNA反应液腔)室的高度优化问题进行了有限元分析,通过ANSYS软件模拟分析了单蛇形、双蛇形以及双螺旋形等典型结构微加热器的温度场分布,分析了不同腔室高度PCR芯片的温度场分布,重点探讨了不同微加热器结构、不同布线规律对PCR芯片微腔室温度分布均匀性的影响,PCR芯片中DNA反应液厚度与芯片上下表面温差的关系.仿真结果表明:均匀加热器比非均匀加热器温度分布均匀性更好;双螺旋形加热器较单蛇形与双蛇形加热器更能满足实际需要;DNA反应液厚度与芯片上下表面温度差之间具有良好的线性关系.同时根据分析结果得到了所设计的具有电极均匀分布双螺旋微加热器的PCR芯片微腔室最佳高度为340μm,能很好满足片上PCR芯片扩增所需的温度环境条件.     

电压互感器传感头电场仿真与优化设计

在电压互感器中,传感头电场分布对互感器绝缘性能具有重要影响。通过设计不同形状尺寸的传感头电极,包括方块电极、半圆边电极、纺锤形电极、三角形边电极和内斜边电极,分别仿真其电场分布。结果表明,采用内斜边电极时,传感头周围的电场均匀性最好。同时压电陶瓷相对介电常数较大损耗角正切较小时,电压互感器具有更好的绝缘性能,其电场均匀性也更好。     

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.     

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.     

电场分布对射流等离子体生成特性的影响

为了研究电场分布对射流等离子体生成特性的影响,运用有限元分析软件AnsoftMaxwell,对柱-环、柱-三环、柱-螺旋管、柱-管4种不同射流等离子体电极结构下的电场强度及均匀度等参数进行了电场仿真计算,模拟起始放电前不同电极结构下的电场分布情况.分析电场强度及均匀度等参数对射流等离子体生成的影响,结合相应的实验进行验证.仿真和实验结果表明:4种电极结构的最大电场强度差别不大,起始放电电压大致相同;柱-环电极电场分布最不均匀,容易向弧光放电转化;柱-管电极电场分布最均匀,强电场区域大,易于生成大量稳定的辉光放电等离子体.因此,电场分布越均匀、强电场区域越大的电极结构有利于抑制辉光放电向弧光放电的转变,有利于射流辉光等离子体的生成.     

气液两相流中气泡周围电场特性研究

针对均匀电场作用下的气液两相系统建立了数学模型 ,研究了单个及多个气泡附着于壁面、即将脱离和上升至两极板间的电场分布情况 .结果表明 ,气泡周围电场的强弱及其分布的均匀性是影响气泡运动的重要因素 .当大量气泡出现并有部分气泡脱离壁面时 ,电场对气泡的作用减弱 ,这为高热流密度下电场强化沸腾换热效果不再明显提供了理论依据 .     

红外/微波波束合成器近场均匀性分析

针对矩量法（MoM）计算电大尺寸介质近场分布的低效率,提出使用口径场积分法（AFIM）分析红外/微波波束合成器近场均匀性,对比表明,AFIM相对MoM偏差小于10%,计算时间从数小时缩短至数秒.以电场分布曲线的标准差为均匀性指标,计算表明波束合成器近场均匀性关于D2/λL成负幂函数关系（D为波束合成器口径,L为近场距离,λ为波长）.将该负幂函数用于波束合成器外形尺寸优化,优化结果通过MoM进行验证,相对偏差小于10%.      

一种新型TEM Cell特性阻抗的解析计算方法

在微波化学动力学研究中，需要电磁场分布均匀的实验装置.本文设计了一种用于微波化学实验的新型横电磁传输室(TEM Cell)，这种TEM Cell的形状不同于已有的TEM Cell，它有更高的截止频率以及更大的电磁场分布均匀区域.本文中应用了保角变换的解析方法计算出了该新型TEM Cell的特性阻抗，并用有限元的数值方法进行了验证.     

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...     

微波等离子体设备场分布的仿真和实验

为使激发微波等离子体的腔体设计更便捷并详细了解腔内的电场分布,迫切希望有仿真工具支持.该文介绍了一台环形波导微波等离子体设备,利用一种有限元软件对反应腔内的电场分布和功率密度进行仿真,并运用光电探头和水负载温升法实际测量反应腔内的对应参数.实验结果表明: 反应腔内的电场分布、功率密度均与仿真结果大致接近,证实运用此种计算工具对微波等离子体反应腔进行数字化设计是可行的.同时,该软件仿真得到的腔内电场分布,能够为微波等离子体激发过程的研究提供指导.     

相对论原理下带电粒子在均匀电磁场中的轨迹

运用相对论原理分析出带电粒子在均匀电场中的运动轨迹是悬链线;在均匀磁场中的运动轨迹是螺旋线;当电磁场并存时,带电粒子在均匀电磁场中的运动与电场强度和磁感应强度的大小、方向有关,其运动轨迹并非两者的叠加,而是旋轮线或双曲线.     

静止于均匀引力场中的点电荷的电场及其分布

本文从广义相对论的原理出发,求出了均匀引力场的度规,讨论了引力对电荷周围电场分布的影响,详细计算了一个静止于均匀引力场中的点电荷的电场.计算结果表明,相对于无引力场时的电力线分布,在有引力的情况下,电力线将发生弯曲.     

试样几何参数对微波烧结腔电场分布的影响

采用HFSS三维仿真模拟软件对加载92%的氧化铝的微波烧结腔进行模拟。通过控制变量法分别改变试样的半径和高度,对试样进行数值化模拟。模拟结果表明,高度在30mm左右时样品内部电场分布比较均匀,为适合烧结的样品尺寸。随着样品高度的增加场的均匀性比逐渐下降。微波电磁场在小尺寸样品内分布比较均匀,场强梯度很小。高度超过60mm后,场的均匀性比有所提高,场的稳定性比略有起伏,但超过一定高度后,样品电场不再均匀,超出均匀区域范围。由此确定了最佳的样品烧结尺寸为高度77mm,半径30mm。     

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。     

水平转盘与转鼓微波干燥均匀性的实验研究

针对微波干燥存在的主要问题--干燥的不均匀性,提出利用改变物料在微波场中的位置来改善物料对微波能吸收的均匀性,从而达到微波干燥的均匀性.以黄豆为物料,比较了水平转盘与转鼓两种结构在不均匀的微波场中对物料干燥均匀性的影响.结果表明:转鼓微波干燥比水平转盘微波干燥更加均匀,对于不均匀的微波场,利用物料的随机运动可改善微波干燥的均匀性,从而提高干燥产品的品质.