基于多物理场计算的微波加热均匀性改善研究

针对微波加热过程中存在温度分布不均匀的问题，提出利用多端口加热方式，通过多物理场耦合计算分析了端口布局、位置、数量以及功率配比对微波加热马铃薯块均匀性的影响。仿真计算结果表明，在四端口馈入时，端口分布于腔体四面，四个端口坐标分别为(-55,-162.5,70)、(162.5,-55,70)、(55,162.5,70)和(-162.5,55,70),且四端口馈入功率比为200∶200∶300∶300时，微波加热均匀性效果最佳。     

微波馈入位置对固体催化剂加热效果的影响

本研究考察了微波从底部馈入反应器和从侧面馈人反应器时对固体催化剂的加热效果。从微波介电加热和热传导的物理规律出发,建立了两种不同微波馈入位置时对催化剂床层加热的模型,并通过COMSOL Multiphysics软件模拟分析其对加热效果的影响。结果表明：当采用底部馈入方式进行加热时,电磁场强度在下部分布较强很高,但在距离馈入口较远的区域电磁场强度较低,最终得到的温度分布均匀性较差;当采用微波从侧面馈入的方式进行加热时,催化剂床层区域的电场强度较大,且温度分布比较均匀。     

管道式固体材料微波加热装置的仿真设计*

为了解决工业上固体材料在微波加热过程中普遍存在的能量不集中、效率低、加热不均匀的问题,提 出了一种管道式固体材料微波加热装置的设计方案。利用多物理场仿真对固体材料微波加热均匀性影响因素进行 分析,并优化了微波馈入装置的分布和管道结构,仿真表明该装置具有较好的加热均匀性和较高的效率。基于优化 后的设计,计算了褐煤在微波加热时的温度分布情况,其温度场的变异系数COV 值达到0.166,表明温度分布具有 良好的均匀性。该装置实现了对褐煤的微波均匀加热,对固体材料微波加热的工业应用具有指导意义。     

微波辅助油炸的加热均匀性研究

为了实现高均匀性的微波和油炸的联合加热，本文设计了一种延展的微波单模腔，扩大了微波加热区域，通过调节矩形加热区域在极化方向的尺寸可获得均匀的电场分布，同时建立了微波加热的多物理场仿真模型来计算腔体内的电磁场分布以及土豆的温度分布。仿真结果表明，在设计的腔体内模拟微波油炸初步实现对土豆油炸效率的提升，模拟土豆在矩形加热腔内做匀速平移运动以及调节上下两个端口之间的相位差随时间不断变化能够进一步提高油炸均匀性，并建立实验系统，验证了所提方法的准确性。还讨论了不同厚度、不同含水量的土豆片对油炸均匀性的影响。     

多模微波加热谐振腔的建模与仿真

基于有限积分算法设计软件CST建立4000mm×1600mm×920mm的微波谐振腔体模型,通过调整馈口位置、馈口数量、负载位置等,优化了腔体电场分布及馈源与腔体的耦合度,提高了微波加热效率。     

提升微波加热均匀性的新型电介质基底

介绍并分析了一种新型的电介质基底,旨在提升微波加热的温度分布均匀性。该基底为非轴对称结构,由FR-4环氧玻璃纤维板与氧化铝制成,其几何参数的选定是以降低球形介质样品的平均温升变异系数为目的。为探究电介质基底对微波加热均匀性的影响,采用球形马铃薯为研究对象,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟微波加热过程,并计算马铃薯的平均温升变异系数。仿真结果表明：相比于不加载基底直接加热,加载电介质基底加热的马铃薯样品的平均温升变异系数降低了40%以上。最后,进行实验测试验证计算的有效性,实验结果表明：实验测试与仿真计算结果一致,温度上升曲线吻合较好,使用该电介质基底可以有效改善微波加热的均匀性。     

基于HFSS新型微波谐振腔设计与优化

文中通过HFSS电磁仿真软件,设计一种新型微波谐振腔,通过仿真分析,比较了双馈口的不同排列方式对腔体耦合和反射的影响,并且结合加入不同的负载,验证了馈口的高度决定了馈口及馈口间的反射功率,最后通过优化高度,得出了负载对微波的吸收效率,验证了该新型微波谐振腔设计的合理性。     

一种915 MHz和2450 MHz双频微波加热分析

微波加热作为一种新型的加热方式在许多领域中得到了广泛的应用,与传统的加热方法相比,微波加热具有高效节能、选择加热、清洁无污染等特点。多源微波加热结构是实现微波均匀高效加热的有效手段,也是微波加热领域未来的发展趋势。在工业应用的多源微波加热腔体中,保证加热效率的同时如何提升加热均匀性始终是该领域的研究重点。本文在现有微波加热模型的基础上,提出了一种新型的双端口双频微波加热模型。本文基于有限元方法的多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.4设计了一种915 MHz和2450 MHz的双频微波加热模型,通过端口之间的正交和缝隙滤波器的设计减少了两个端口之间能量的互相耦合,在保证加热效率的同时提高了加热的均匀性。     

一种新型圆柱型谐振腔用于闪蒸实验研究

针对工业废水的处理设计了一种新型圆柱形谐振腔用于微波闪蒸腔体结构。本文首先通过波导理论推导了圆柱谐振腔中的电磁场分布,其次编程计算出圆柱谐振腔体中模式数分布对腔体设计的影响,最后利用HFSS仿真软件对腔体结构及其馈口的位置进行了优化,并最终根据优化结果制造出第一代闪蒸腔体。采用微波闪蒸技术和常规闪蒸技术处理含Zn2+和硫酸的废水,进行实验对比,实验结果表明微波闪蒸技术要优于常规闪蒸,并且闪蒸效果良好。     

一种微波辅助的气固耦合模型

针对微波辅助加热情况下气固热耦合及气固反应应用,设计了一种利用微波加热多孔固体介质(碳化硅)来间接加热气体的气固耦合模型,并利用有限元仿真软件进行建模。通过对电磁场、流体传热场、自由和多孔介质这3个物理场的耦合仿真,验证了此气固耦合模型的准确性和可行性;分析了该模型在不同石英管半径、不同多孔介质孔隙率和不同气体流速情况下的S参数和加热情况。结果表明,当碳化硅的孔隙率为0.5,石英管的半径为20 mm时,微波转换效率最高,微波能量利用率达到90%以上。     

煤炭低温微波提质系统研究与设计

褐煤因其含水率太高无法合理利用。介绍了一种用于褐煤脱水的低温微波装置。该装置采用新型微波加热技术,与传统方法相比,具有高效、安全和无污染的优点。详细介绍了该装置的组成、主要指标。采用多模谐振腔的设计提高了加热均匀性和加热效率,特有的微波漏能抑制器和网孔设计使微波泄漏功率很小。应用微波理论和仿真进行了较深入的分析,仿真也验证了理论分析结果。最后,实验数据表明,该装置的处理能力和加热均匀性均达到预期,性能良好。其研究成果可推广于产业化应用。     

双端口旋转对微波加热均匀性和互耦的影响

微波加热相对于传统热传导加热具有内外加热的效果,但其在工业应用中存在加热效率低下、加热不均匀等问题。据此,提出一种基于双端口非同步旋转结构的加热方法,降低端口间的互耦;并基于COMSOL Multiphysics建立了双端口旋转下的微波加热模型,分析了双微波源端口之间的旋转速度对端口间的互耦和加热均匀性的影响,实现了端口间低互耦、高均匀性的加热,同时极大提高了微波加热的效率。     

基于变换光学的微波加热用超表面数值研究

由于单个微波源的功率值有限,工业上往往采用多源微波加热以满足大功率需求。然而,额外 的微波馈口将增加端口间耦合,可能引起微波源损坏。因此,提出一种基于变换光学的新型超表面,使微波在 进入加热腔体的方向上正常传播而在相反方向被阻挡,从而减少功率反射和耦合。在二维数值模型中,采用 反向传播神经网络优化了超表面的介电性能,使得单源和双源微波加热的能量效率分别提高了42. 2%和53. 3%,且 均具有较好的加热均匀性。数值计算结果表明,超表面可工作在2. 45 GHz 频率,具有60 MHz 的带宽,工业应用前 景良好。     

电气化铁路隧道微波防结冰技术研究与应用

提出利用2. 45 GHz 微波,通过非接触式加热方式,实现电气化铁路隧道防结冰的新方法,研究了智能微波防结冰装置。装置由微波源、发射天线、监测控制系统三部分组成,通过微波照射隧道接触网悬挂上方渗水区混凝土,混凝土吸收微波,将微波能转化成热能,使得渗水区温度升高,防止渗水凝结成冰或融化已凝结的冰柱。对渗水区混凝土喷涂吸波涂料以提高吸收效率,降低天线发射功率。仿真计算与实验结果均表明:微波致热实现铁路隧道防结冰是可行的,喷涂1 mm 厚的吸波涂料能够提高温升至原来的2 倍左右。     

微波激光协同石墨化碳纤维的仿真模拟研究

在碳纤维激光石墨化的过程中,丝束截面内存在较大的温差,导致碳纤维丝束毛丝现象严重。当激光超过一定功率时,甚至会出现断丝现象,严重影响碳纤维的连续激光石墨化。利用微波与激光对碳纤维进行协同石墨化,以减小石墨化过程中丝束的温差与热应力。针对微波加热的特殊性,设计出了一种可持续高效升温的加热腔;然后建立了电磁加热-激光加热-热辐射-流动传热-固体力学多物理场模型,并对其进行了仿真模拟。结果显示,微波的引入可以改善激光石墨化过程中丝束温度场的分布,并可有效减小丝束加热过程中的热应力。     

脉动微波循环注热开采煤层气数值模拟

为获取脉动微波循环加热条件下低渗透储层煤层气运移采出规律,文中综合运用多孔介质传热学、 电磁学、渗流力学、岩石力学等相关理论,建立低渗透储层煤层气微波注热开采过程渗流电磁-热-流-固多物理场耦 合数学模型,结合COMSOL Multiphysics 有限元分析软件进行了脉动微波循环加热过程煤层气运移采出规律的数值 模拟,获取了不同功率脉动微波循环加热条件下煤层温度场、渗流场的变化规律,并对煤层气产量进行了预测。数 值模拟结果表明:脉动微波循环加热煤储层热效应显著,煤层能快速且不断地处于高温状态,气体在高温条件下大 量解吸并运移产出。采用脉动循环加热,将继续增加煤层渗透率和煤层中游离煤层气含量,相对于常规开采,煤层 含气量大幅度降低,煤层气产量显著提高,增产与稳产交替变换使产量在长时期内处于增产状态。模拟方法与结果 可为低渗透储层煤层气脉动微波加热开采技术方案提供理论依据。