微波-离子液体催化菜籽油制备生物柴油的研究

生物柴油作为生物质能源,以其较好的燃烧性质及可再生等优点,己在西方国家得到了广泛的研究及应用。实验采用菜籽油作为原料油、甲醇作为酯交换的小分子醇,在微波辐射和离子液体的催化作用下,高效、快速制备了生物柴油。研究了微波功率、微波辐射时间、离子液体的用量、催化剂NaOH的用量、醇油摩尔比等对生物柴油制备的影响。研究结果表明,微波和离子液体对生物柴油的制备有协同促进作用。离子液体具有催化与增溶的作用,能较好地消除醇-油间的界面接触,减小皂化现象,提高酯交换效率,而微波加热的热效应和非热效应能加快反应酯交换速率。菜籽油100 g,甲醇15.0 mL,微波频率2.45 GHz,微波功率800 W,温度65℃,微波辐射10 min,离子液体吡咪硼氟四1.5 g,NaOH 0.6 g,生物柴油的产率为84.6%。     

矩形波导谐振腔微波化学反应器的研究

改变矩形波导谐振腔微波化学反应器的结构尺寸如:耦合膜片的形状、尺寸,反应管的直径、管壁厚度、材料和位置,利用HFSS软件计算不同结构尺寸反应器的S参数,仿真的最优结果与实验结果一致,得到了最优结构尺寸的反应器.反应管和短路活塞位置会影响反应器内的电磁场分布,因而直接影响微波化学反应器的工作.在反应管位置z₀为106mm,短路活塞位置L₀为146mm的最优结构尺寸反应器中,反应管以及内部的甲烷气体处在电场最强的位置且场分布均匀,这有利于甲烷得到足够的能量产生放电.仿真结果和我们的实验结果符合较好.     

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。     

大数值孔径介质结构透镜

提出了一种新型大数值孔径介质结构透镜,能量利用率达到了44%。通过数值仿真FDTD计算证明该聚焦器件能实现高的能量利用率和接近衍射极限的聚焦光斑,且聚焦光斑的旁瓣很小。其次,对该透镜的色散性能进行了研究,发现该透镜具有与普通透镜相反的色散特性。故该透镜可以与普通透镜组合消色差。另外,该透镜克服了最小特征尺寸,实现了大数值孔径,针对波长10.6 m设计了相同口径、不同F数的介质结构透镜,最小F数达到了0.25。     

一种新型高效率微波等离子体炬

微波等离子体具有无电极、电子密度大、电子温度高和能量效率高等优势,广泛应用于日常生活、能源、化工和材料等领域,但是目前微波等离子体装置作用距离短,效率低,因此等离子体在腔体中停留时间较短,很难发挥出更好的性能,限制了等离子体在工业领域很好的应用。本文提出了一种新型等离子体炬结构,电磁波通过波导馈入圆柱腔体,能量在圆柱腔体中心聚集,形成中心等离子体,再通过纵向叠加另一个圆柱腔体,形成同轴结构,进一步将能量耦合到上圆柱腔体,进而增大等离子体的体积和高度。本文基于有限元方法的电磁仿真建立了等离子体高效激发装置模型,通过模型仿真不断优化腔体的各尺寸参数,然后通过流体仿真模拟了管道内气体流动,最后搭建了微波等离子体实验系统,并分析了不同流速、不同功率、不同气体、不同进气孔数目、不同进气孔倾斜角度等对于等离子体形成的影响。实验结果表明,微波利用效率平均在90%以上,最好可达到99%;通入气体后,火焰最高可达到70 cm以上。     

基于风力发电系统的电能变换装置研究

针对目前独立运行风力发电系统通过＂交流-直流-交流＂的转换方式供电时,存在能量利用率偏低,且往往达不到负载需求电能的缺点,采用了DC/DC升压及DC/AC逆变技术在风力发电能量转换体系中,设计了一种新型的能量供应体系及其控制策略,并在此基础上应用Matlab/Simulink搭建了仿真程序。通过仿真,得到了用户需要的稳定交流电能,验证了控制策略的正确性及控制方案的可行性,具有很好的推广应用价值和进一步的研究价值。     

一种新型一维微带PBG单元结构

通过对传统二维微带 PBG 结构的研究,针对微带线的传播常数是微带线相对于接地板上周期孔眼的两个主轴的位置和方向的敏感参数而不能根据实际情况任意布线的缺点,提出了一种新型一维微带 PBG(photonic bandgap)单元结构及其等效 L-C 电路模型。本文提出的 PBG 传输线可以应用于微波集成电路中,能够减小电路尺寸,且可以抑制高次谐波的产生。     

用于生物微反应器pH在线监测光纤传感器研究

以生物微反应器中培养液pH在线监测为目标,研制出一种基于光度吸收原理的阵列光纤传感器。利用MEMS加工工艺,制备出传感器的阵列吸光池芯片,采用光学软件对吸光池进行优化设计,提高了传感器光传输效率,并通过CFD软件进行流体模拟,优化吸光池结构,降低了溶液死体积,缩短传感器响应时间。实验结果表明,所研究的传感器阵列检测灵敏度为0.83V/pH,响应速度快,可用于多个生物微反应器的pH在线监测。     

采用分形贴片的一种新型带通滤波器

为了实现微波平面带通滤波器的小型化和高选择性,本文以一种分形结构贴片作为基本单元,通过一种直接抽头耦合结构,设计了单个分形贴片和多个分形贴片构成的新型微波平面带通滤波器.给出了滤波器性能的电磁仿真计算数值结果和实验结果.该类滤波器在小尺寸、低插入损耗和高选择性方面的性能明显优于传统的微带带通滤波器.     

基于微波无线能量传输多径效应的多角度超表面能量收集器

文中深入研究了基于微波无线能量传输技术的多径效应及其对多角度超表面能量收集器的性能的影响。首先,概述了微波无线能量传输技术的基本原理与发展现状,随后详细讨论了超表面结构在多角度能量接收中的应用。通过理论分析与仿真实验,文中提出了一种优化的超表面设计方案,以提高能量收集效率。实验结果显示,该方案能显著提高多角度超表面能量收集器在复杂传播环境下的能量收集性能,不仅为超表面能量收集器的设计提供了新的视角,也为未来无线能量传输技术的发展提供了理论参考。