微波冶金反应器加热效率与均匀性优化

含锆型硅酸铝纤维板(zirconium aluminum silicate fiberboard, ZAF)作为保温炉衬在微波冶金反应器内的设计和安装常常是以经验为主,通常存在加热效率低、加热均匀性差等问题,难以满足实际工业生产要求。文章首先采用谐振腔微扰法测量了ZAF在2450 MHz频率下25～1000℃温度范围内的介电参数;采用激光闪射法测量了其在25～500℃范围内的导热系数;基于数值模拟技术探究了保温炉衬厚度变化对腔体内反射损耗S₁₁、电场、温度场和功率损耗等参数的影响。结果表明：ZAF的介电参数在700℃之后明显增大,导热系数在100℃之后随温度呈线性增加;保温炉衬的结构参数对负载的加热效率和均匀性具有重要影响,当保温炉衬厚度为60 mm时(方式3),谐振腔内负载的加热效率最高,在300 s时的平均温度为751.9℃,总吸收效率高达88.5%。     

微波化学反应用聚四氟乙烯容器的透波性能

因聚四氟乙烯（PTFE）具有较低的复介电常数,其作为透波材料而被广泛用作微波化学反应用容器。透波材料的介电特性和透波性能对微波化学反应的速率和效果具有重要影响。本研究首先利用谐振腔微扰法测量了PTFE在23~250℃范围内的复介电常数,并分析了该材料介电属性的温度特性;其次,基于电磁波传输原理,计算了该材料受到不同因素影响下的功率透过系数（T²）,并对该材料的透波性能进行了分析。研究表明,随着温度的增加,PTFE的介电常数逐渐减小,损耗正切逐渐增大,但是二者变化幅度较小;在水平（TM）极化中存在一个布儒斯特角θ_B,当微波以该角度入射时会发生全透射现象;TM极化下的T²随着入射角的增大先增大后减小,垂直（TE）极化下的T²随着入射角的增加而减小,TM极化下的整体透波性能要优于TE极化;随着容器壁厚的增加,透波性能波动变化,存在极大值和极小值;在相同容器壁厚范围内（0~0.1m）,2450MHz频率下对应高透波性能的厚度值要多于915MHz。研究还表明,微波入射角度较小时,PTFE的T²始终保持在0.87~0.99之间,透波性能较好。最后给出了微波以不同频率入射时PTFE的优选壁厚以供实际应用过程中进行参考。     

基于正交实验的高电流密度铜电解槽结构优化

为减少高电流密度铜电解过程中阴极积瘤现象、降低残极率以及提高电流效率,本文基于多物理场耦合理论与正交实验方法,研究了进液管半径、阳极板底部圆角半径以及极间距对铜电解精炼效果的影响。单因素分析发现,随着进液管半径的增大或阳极圆角半径的增大,电流效率和阴极铜沉积厚度均匀性均呈现先增大后减小的趋势;随着极间距的增大,电流效率逐渐减小,阴极铜沉积厚度逐渐均匀。进行正交实验分析出使铜电解精炼效果优异的电解槽结构参数为：进液管半径3.5 mm,阳极底部圆角4 mm,极间距110 mm。本文为优化电解槽提高生产效率的研究提供理论指导。     

硅酸铝/氧化锆纤维板在微波加热中透波性研究

为了研究微波加热过程中温度、厚度对硅酸铝/氧化锆纤维板保温层透波性能的影响,以期设计出在整个微波加热过程中都具有良好透波性能的保温层,利用通过单层平板内电磁波传播的理论机制和计算模拟技术,分析了保温层厚度和温度变化对硅酸铝/氧化锆纤维板透波性能影响的规律。同时从透波性能的角度,提出了硅酸铝/氧化锆纤维板保温层在微波加热中厚度选择的基本原则。研究结果表明:20℃时,硅酸铝纤维板的功率透过系数随厚度增加呈波动状态变化,存在透波峰;随着温度的升高,这种波动状逐渐消失,近似呈线性递减,1 300℃时,0.1 m厚度的硅酸铝纤维透波率仅为0.62。氧化锆纤维板在20,200,500℃时,功率透过系数随着厚度的增加呈明显的波动变化,厚度为0.04,0.08 m时,功率透过系数曲线出现透波峰。该研究成果有助于微波高温加热设备的设计,微波加热工艺参数的优化以及微波能利用率的提高。     

莫来石耐火材料在微波加热中的透波性能研究

为了研究微波加热频率、温度、厚度对莫来石耐火材料透波性能的影响,以期设计出在整个微波加热过程中都具有良好的透波性能的耐火层,利用单层平板内电磁波传播的理论机制和计算模拟技术,分析了耐火层厚度、温度及频率变化对莫来石耐火层透波性能影响的规律。同时从透波性能的角度,提出了莫来石耐火层在微波加热中厚度选择的基本原则。研究结果显示,随着厚度的增加,会相继出现多个透波峰,并且透波峰值呈指数减小;随着温度的升高,莫来石耐火层对电磁波的透波峰向较小厚度方向偏移;在915MHz频率下,厚度为0.025m、0.045m、0.07m时,莫来石耐火层展现出很好的透波性能。     

微波加热用透波材料的研究进展

微波加热技术因其绿色环保、体积加热、选择性加热等优势,已被广泛应用于化工强化、金属冶炼、陶瓷烧结、食品加工等众多领域,但微波在反应器内普遍存在透波效果差、微波利用率低等问题。随着微波加热技术的不断发展,微波加热设备中透波材料的选用越来越受到大家的关注。本文主要针对透波材料在微波加热领域中的应用现状进行综述,对透波材料的种类进行简要介绍,分别从微波加热用容器和保温材料两方面进行论述。详细介绍了氧化物、氮化物、硅酸盐、磷酸盐等高温透波材料及聚四氟乙烯、玻纤增强树脂基、环氧树脂等中、低温透波材料的研究进展,并具体论述了目前微波加热常用纤维棉、纤维毯和纤维板等各种陶瓷纤维制品的介电特性和透波性能,最后指出了目前微波加热用透波材料普遍存在的问题,并对透波材料的应用和发展作出了展望。     

二氧化硅陶瓷在微波场中的透波性能研究

为了研究厚度、温度以及频率对二氧化硅陶瓷耐火层透波性能的影响,以期设计出在整个微波加热过程中都具有良好透波性能的耐火层。根据传输线理论计算了0~0.1m厚度范围内的二氧化硅陶瓷在不同温度、频率下的功率透过系数;给出了二氧化硅陶瓷在不同温度下透波率大于90%的厚度区间。计算结果表明:随着耐火层厚度的增加,会依次出现多个透波峰,并且透波峰幅值逐渐减小;2.45GHz频率下,厚度为0.0375m、0.075m时,二氧化硅陶瓷展现出良好的透波性。     

氯化钠在微波干燥中的动态吸波效率研究

为了研究物料在微波干燥过程中的动态吸波效率,文中将反射损耗理论引入其中,计算了2.45 GHz微波频率下,20℃时含水率为1%—5%以及含水率为4%的氯化钠在20—100℃的反射损耗系数。计算结果显示,厚度为0.014 m含水率4%的氯化钠在60℃取得最大的微波吸收效率,达到-68 dB;不同含水率的氯化钠反射损耗系数随着厚度的增加,会按照含水率由高到低的顺序依次出现吸波峰。研究结果表明,只有在对应小于1/8波长的吸收峰偏移的较小厚度下,氯化钠才能在整个微波干燥过程中一直取得较高的吸波效率。     

多晶硅在微波场中动态升温特性研究

为研究多晶硅在微波熔炼中的动态升温特性,优化微波熔炼工艺参数,以多晶硅为原料进行微波熔炼实验,探讨微波功率、物料量和物料粒度等因素对多晶硅在微波场中升温行为的影响。研究结果表明,提高微波功率、减少物料质量,有利于提高物料在微波场中的升温效率;在实验范围内,粒度越小,物料在微波场中的升温速率越快;按重要隶属度排行,功率条件重要度最高,其次是物料质量,粒度对物料升温速率的影响最小。     

激光选区熔化成型腔内流场优化及飞溅去除研究

为减少激光选区熔化过程中飞溅物的残留,提高成型零件的质量,构建EOS M290型激光选区熔化设备成型腔的计算流体力学模型和流体流动颗粒追踪模型,研究不同进气速度、进气孔直径、进气孔拉伸长度和出气口栅格数量对成型腔内流场分布和飞溅颗粒去除概率的影响。结果表明,当316L不锈钢飞溅颗粒直径为10～100μm范围内的4种正态分布时,原模型在进气速度为3 m/s时,去除概率仅为69.25%;延长进气孔可以改善成型腔内流场的均匀性和抑制Coanda效应,进气速度为3 m/s,进气孔拉伸长度为90 mm时,去除概率提高到74.64%;进气速度为3 m/s时,出气口栅格数量从5增加到9,出气口中心平面均匀性指数从64.42%增加到78.57%;在粉床不被破坏的情况下,优化模型(进气孔直径4 mm、进气孔拉伸长度90 mm、出气口栅格数量8)的最大进气速度为4.46 m/s,飞溅颗粒去除概率提升至82.11%。