基于SIW的介电系数宽带测量装置

自20世纪80年代以来, 微波能的应用几乎扩展到了化学、材料、医学等各个领域。而微波能的应用实际上都直接或间接地与物质的介电特性相关。通过了解物质介电特性，就能研究它们对于微波的吸收和反射情况。因此，微波能应用中的介电系数测量显得尤为重要。而传统的测量方法实现在线测量时有一定的局限性，针对上述问题设计了新型的测量装置，结合神经网络算法对物质的介电系数进行了仿真计算，得到了一些有参考价值的数据，这些工作将对微波能的应用提供帮助。     

基于SIW的介电系数宽带测量装置

自20世纪80年代以来,微波能的应用几乎扩展到了化学、材料、医学等各个领域。而微波能的应用实际上都直接或间接地与物质的介电特性相关。通过了解物质介电特性,就能研究它们对于微波的吸收和反射情况。因此,微波能应用中的介电系数测量显得尤为重要。而传统的测量方法实现在线测量时有一定的局限性,针对上述问题设计了新型的测量装置,结合神经网络算法对物质的介电系数进行了仿真计算,得到了一些有参考价值的数据,这些工作将对微波能的应用提供帮助。     

等效介电系数经验公式在微波加热计算中的应用

微波加热化学反应所产生的部分特殊现象至今仍没有得到合理解释,非热效应成为一个悬而未决的热点问题.同时,缺少一种真正意义上对微波化学反应器设计的指导理论.因而急需一种微波加热过程中的数值模拟方法来定量研究这些问题.本文利用黄卡玛等提出的经验公式计算得到任意温度和反应时刻的丙酮碘化反应过程中混合溶液的等效介电系数,联合求解了化学反应方程、Maxwell方程和热传导方程,得到反应过程中的电磁场与温度分布.计算结果与实验结果吻合较好,验证了这种数值方法的合理性.为微波加热化学反应的数值模拟提供了一种有效的新方法,并为进一步解释部分特殊现象和进行非热效应的相关机理研究提供可能.     

微波与碳基催化剂协同促进果糖制5-羟甲基糠醛

生物质转化为高附加值的化学品是替代石化产品的有效途径,微波与催化剂的协同作用有助于提升糖类的转化效率。碳材料具有良好的化学稳定性和介电性,是微波反应过程中理想的催化剂载体和吸波剂。为了探究碳基催化剂对微波场的响应能力,本文以4种碳材料为载体应用于果糖转化过程,包括碳纳米管（CNT）、碳纳米纤维（CNF）、炭黑（CB）和活性炭（AC）。以果糖转化率和5-羟甲基糠醛（5-HMF）收率为评价指标,对比不同催化剂在常规和微波加热条件下的催化性能,探究微波与不同载体的耦合作用对反应的强化效果。在微波场中测量不同碳材料悬浮液的温度曲线,评价碳基催化剂在微波场中的加热能力。通过表征样品结构和介电参数,解释载体与微波间耦合作用差异的原因。结果表明,碳基催化剂的微波诱导热效应可以有效提升反应转化率和收率,拥有高损耗角正切值和电导率的催化剂把微波能转化为热量的能力较强,更有助于将微波能量传递至反应表面。高比表面积、高长径比、低密度和高石墨化度的碳基催化剂也有利于产生微波热效应。另外,由于显著的微波热效应,碳纳米管基催化剂CNT-SA在4类催化剂中催化性能最优,以110℃微波辐射10min,5-HMF收率可达96.30%,且催化剂具有良好的循环使用性能。     

Ba0.6Sr0.4TiO3-Mg2TiO4复合陶瓷材料的介电可调性及微波特性

采用常规的陶瓷工艺方法制备了Ba0.6Sr0.4TiO3-Mg2TiO4(BST-MT)复合陶瓷材料,并对其相结构、介电以及可调性和微波特性进行了研究.X射线衍射和介电温度特性测试结果表明,BST-MT复合陶瓷具有BST和MT两相结构,非铁电相MT的增加降低了其铁电性,使其介电常数和介电损耗减小.介电偏压和微波性能测试结果表明,BST-MT复合材料仍能保持较高的可调性,且微波性能得到了明显改善.样品30%BST-70%MT(质量分数)在10 kHz下的介电常数为78,介电损耗为0.000 6,在外加3 kV/mm偏置电场作用下,可调性达到25%,在3.714 GHz频率下的介电损耗为0.0145.     

计算化学反应中等效介电系数经验公式的改进

为了在化学领域中更好地应用微波能,需要深入研究微波与化学反应相互作用的机理.由于等效介电系数常常被用来描述在化学反应中微波的吸收和传输情况,因而,化学反应中反应物的等效介电系数就成为微波化学研究的关键问题之一.基于反应溶液中单位体积内的分子个数随温度变化的情况对黄卡玛提出的经验公式进行了改进.以碘化钾和高锰酸钾两个氧化还原反应为例,对实验结果和计算结果进行了分析比较,结果表明其具有很好的一致性,而且计算精度较改进前的公式得到了改善.     

介电材料辅助的微波冷冻干燥的实验研究

设计、加工和装配了一套实验室规模的微波冷冻干燥装置,旨在实验验证介电材料对微波冷冻干燥液体物料的强化作用。介电材料用烧结的碳化硅(SiC),石英玻璃作为介电材料的参照物;甘露醇,一种典型的药物赋形剂被选为待干溶液中的溶质。实验结果表明使用介电材料可以有效地强化微波冷冻干燥过程。与传统冷冻干燥相比干燥速率大大加快,在试验条件下干燥时间可以节省20%。微波加热逐渐生效并且主要体现在干燥过程的后半部分。当溶液中的固含量很低或者固体物质具有很小的介电损耗因子时,如果不用介电材料,微波加热的效果不明显。     

物质介电特性对微波加热影响研究进展

微波作为一种重要的快速加热手段,近年来在化工行业领域得到广泛重视。由于微波加热原理有别于传统加热具有特殊性,因此探究其影响因素对于改进微波加热工艺意义重大。介电特性是分子中束缚电荷对外加电场的响应特性,对于微波加热影响十分关键。纵观物质介电特性对微波加热影响的相关研究,分别从含水量、堆积密度等物性参数角度出发,探索并总结物质介电特性影响微波加热的核心关键点。最后列举目前国内外基于介电特性所优化的微波加热工艺构想,为今后该技术在面向工业化应用的道路上拓宽新思路。     

吸湿多孔介质冷冻干燥传质传热模型

本研究在作者提出的吸附—解吸平衡关系的基础上,建立了一个全新的考虑吸湿效应的多孔介质冷冻干燥数学模型。模型用有限差分法进行求解,并带有一个移动边界,以模拟介电材料辅助的微波冷冻干燥过程。介电材料选用碳化硅（SiC）,原料液为脱脂奶。模拟结果表明：介电材料能够有效强化微波冷冻干燥过程。在典型操作条件下,介电材料辅助的微波冷冻干燥所用的时间比普通微波冷冻干燥减少33.1%。当料液中固体含量较低或者固体产品的损耗因子较小时,介电材料对微波加热的效果不明显。基于冰饱和度、温度和水蒸气浓度的分布,本文分析了干燥过程中的传质传热机理,并对干燥速率控制因素进行了讨论。     

酯交换反应体系混合物料的介电特性

近几年来,微波在制备生物柴油的化学工艺中被广泛应用。而微波强化化学反应的实验研究和工程应用中存在很多限制因素,物料介电特性是其中一个重要因素。针对甲醇和菜籽油加入自制催化剂的酯交换反应体系,采用矢量网络分析仪测量不同反应条件下甲醇和菜籽油酯交换反应系统的介电系数,考察反应温度、醇油摩尔比、催化剂用量等因素对介电特性的影响规律。结合酯交换反应动力学,讨论反应温度变化对介电特性的影响,从而为微波加热酯交换反应过程的多物理仿真提供物料介电信息。     

一种具有搅拌桨的微波夹层反应釜内多物理场特性研究

微波加热化学反应速度快、效率高,因此微波反应器被应用于辅助化工生产中。然而,加热不均匀是目前微波加热化学反应的主要问题,因此在微波夹层反应釜内引入流体搅拌桨,并采用COMSOL仿真软件将麦克斯韦方程、传热方程和流动方程进行多物理场耦合计算,探讨物料介电特性、微波功率和搅拌桨参数对微波加热特性的影响,研究发现:(1)当物料的相对介电常数在(2.16-0.28j)~(2.73-0.13j)之间时,微波加热均匀性较好;(2)加热2 s后,微波加热均匀性呈现出规律性变化;(3)随着微波功率的增大,相同加热时间下物料温升变快,但搅拌功耗也越高;(4)叶轮直径和搅拌转速越大,物料的温度变异系数越低,微波加热均匀性越好;变异系数随着叶轮离底间隙的增大先减小后增大,功耗随着离底间隙的增大线性减小;(5)搅拌桨参数对功耗和温度变异系数影响的显著性为:搅拌转速>叶轮直径>离底间隙。     

微波加热用于活性炭的制备、再生和改性

从微波加热的应用着手,阐述了微波辐照的热效应、微波在活性炭的制备、再生和改性过程中的作用机理;指出了微波加热处理活性炭有待进一步研究的问题。     

微波加热在化学反应中的应用进展

介绍了微波加热的基本原理,并就微波加热在有机合成、高分子合成及加工、无机合成、天然气转化等方面的最新应用情况进行了综述分析,指出应加强微波对化学反应作用机理的研究。     

微波化学

简述了微波介电加热的原理。讨论了微波介电加热观察到的效应,特别是运用微波炉进行得较为成功的化学反应。     

Microwave heating in concrete analysis

Microwave heating has been shown to be a valuable method for weakening concrete prior to the separation of aggregate in the analysis of hardened concrete. Quantitative determinations were made of the strength reductions of concrete samples after microwave radiation using a 5 kW laboratory microwave generator and a 1.5 kW (later 2.5 kW) microwave oven. Aggregate separation was much easier after heating for 5 and 20 to 30 min respectively. The modulus of elasticity correlated best with subjective assessments of the ease of aggregate removal. Thirty minutes irradiation in the microwave oven reduced the modulus of elasticity to one fifth of its original value, compressive strength was reduced to 80% of the unheated value and the tensile strength to 55 to 65%. Tests with ‘miniature’ concrete showed that the reduction in impact strength was similar to the compressive strength. Conducting aggregate does not preclude the use of microwave heating although large metallic inclusions (reinforcement) should be avoided. Irradiated concretes containing an appreciable proportion of clay may yield increased amounts of soluble silica during subsequent chemical analysis. Comparison with conventional heating shows that microwave heating can produce the same strength reductions in about half the time, but the cohesiveness of the material is affected more markedly by microwave irradiation. Appendices give notes on the use of microwave heating in the analysis of concrete and some observations on the behaviour of different types of concrete heated during routine investigations.     

Microwave effect on kinetics of paper cups pyrolysis

Not only are microwaves notorious in food heating, but they exhibit interesting properties in different domains including chemical engineering. Their ability to concentrate heat transfer inside dielectric materials enhances process efficiency and permits high heating rates. Nonetheless, their effect on reactions is still controversial. While some researchers believe in non-thermal effects due to the efficient conversion of microwave energy to enhance reactions without heat dissipation, others assert that microwave frequencies are not high enough to excite molecular bonds. In this study, paper cups pyrolysis is achieved in electrical and microwave TGA using two heating modes. The effect of microwaves on the kinetics of paper cups pyrolysis is shown to depend on the heating regime: at a moderate heating rate, microwave pyrolysis started at a lower temperature, while the pyrolysis in the electrical and microwave TGA have similar kinetic parameters at high heating conditions. This difference is linked with reaction mechanisms. At moderate heating conditions, cellulose decomposes first to an intermediate compound then to final products. The intermediate has a short reaction time and interacts with the microwave. Hence, hot spots at the molecular scale are generated in a short amount of time below the detectable limits of existing temperature measurements media. At a high heating rate, the decomposition of cellulose is direct and no effect is observed.     

岩石矿物分析中微波能分解法的运用研究

岩石矿物中的各种化学成分和元素含量的分析方法,既为开采矿山提供了相应的理论依据,也给矿山的开采工作提供了相当大的助力。笔者通过解释微波能分解试样反应原理以及微波能加热的特点,并分析微波能加热过程中会出现的问题以及其在化学分析中的应用前景等问题,以期为相关工作者提供帮助。     

微波场强化化工分离过程研究进展

优化化工分离技术、实现化工分离过程的节能减排,一直是化工分离过程研究的热门课题。近年来,微波场强化分离过程的研究非常活跃。本文阐述了微波对物质的作用机理以及微波加热较普通加热的优势与特点;系统介绍了微波场在萃取、精馏、干燥、脱附/吸附、蒸馏和反应精馏等分离过程的强化效果和应用进展,并分析总结了微波场在这些分离过程中的强化机理,分析表明将微波应用于化工分离过程具有加热速度快、产品质量高、耗能低和易于控制等特点;同时指出微波在分离过程特别是蒸馏/蒸发和反应精馏领域研究的欠缺,提出对于微波是否对蒸馏/蒸发或反应精馏过程具有强化作用还需要大量的实验验证和相应的理论支撑;最后本文对微波在分离领域的发展作了分析与展望。     

微波化学法原油破乳脱水工艺的优化

对原油乳状液分别采用热化学法及微波热化学法进行了破乳脱水实验。对于本实验所用含水量为78%的1#原油乳状液,采用热化学方法时,破乳剂的用量为100 mg/L,加热温度为65℃,加热9 min后,可脱水约为96.2%;而采用微波化学法时,破乳剂的用量为50 mg/L,辐射时间为10 s,沉降时间为2 min,可脱水约为94.9%。提出了原油乳状液脱水的工艺为对原油乳状液采用二次脱水处理,首先采用微波化学法,再对一次脱水后的上层原油乳状液采用加热法。对1#原油乳状液,一次微波辐射脱水后,上层油的含水量在18%左右;对上层油进行加热二次脱水后,原油的含水率小于0.3%,可得到合格原油。