一种带夹层釜式微波反应器加热效果模拟分析

针对微波反应器加热均匀性的问题设计了一种带夹层的釜式微波反应器,运用多物理场仿真的方法,探究波导位置和夹层厚度对其加热效率和加热均匀性的影响规律。结果表明：波导位置在物料液面之下普遍可以取得较高的加热效率,但加热均匀性较差;夹层可以有效改善反应器的加热均匀性,并在部分情况下提高加热效率。通过运用响应面分析法对反应器结构进行优化：最高加热效率可以达到99.19%;加热均匀性最适宜的波导高度为389.74 mm,夹层厚度为30.09 mm。     

多物理场耦合模拟微波蒸馏反应器：升温和沸腾过程

使用COMSOL Multiphysics软件建立了耦合电磁场、流体流动、传热以及物质传输的多物理场模型用于模拟蒸馏型反应器的微波能量利用过程,探究了蒸馏反应器中水负载在微波能辐射作用下从升温至沸腾过程,阐明了在升温阶段,样品温度呈上下层分布,上层温度较高,最大温差达20 K,自然对流的产生改善了温度分布的不均匀性;在沸腾阶段,由于下层温度较低,沸腾现象有延迟,气泡的产生消除了部分过热,其中表面蒸发量更大,最大时约为内部蒸发量的3倍,与此同时湍流现象明显改善了温度均匀性。探究了馈入功率对全沸腾状态的影响,揭示了全沸腾状态的最终温度取决于馈入功率和蒸发损耗功率的相对大小。研究结果可为微波辅助分离、反应等化工过程及装备设计提供理论基础与借鉴。     

基于响应面法对一种连续型矩形微波反应器加热效果的模拟优化

为了提高连续流微波反应器的物料温升以及加热均匀性,设计了一种具有特殊形状管道的连续流动矩形微波反应器,运用多物理场耦合计算的方式,探究了物料流速、馈口功率、馈口高度与管道高度对反应器的加热效果和加热均匀性的影响规律.研究结果表明:当管道与馈口平面相近时,物料有较高的温升,但加热均匀性较差;而当2者相距较远时,物料温升较...     

仿真模拟技术在微波裂解技术上的应用研究

微波加热具有加热速度快、选择性加热等优点,而电磁场分布不均会导致加热不均,这一问题制约了微波加热技术在工业中的应用。仿真模拟技术是研究微波场分布的最佳方法。综述了微波仿真的基本原理及方法,以及国内外采用仿真模拟技术对微波加热均匀性及效率进行的研究。     

轮胎微波硫化圆柱谐振腔的设计及数值模拟研究

根据圆柱形谐振腔频率公式,选择模式数大于或等于9、简并比为0的10组谐振腔尺寸,运用COMSOL Multiphysics软件对选定尺寸谐振腔内轮胎微波硫化过程进行数值模拟,得到微波硫化过程中轮胎温度分布、轮胎体平均温度、微波利用率和最大温差。数据分析表明:轮胎体平均温度与微波利用率呈现良好的一次函数关系;半径为652mm、高度为470 mm的圆柱形谐振腔内的轮胎最大温差最小,温度分布最为均匀,加热效果最优。     

轮胎微波硫化圆柱谐振腔设计及数值模拟研究

根据圆柱形谐振腔频率公式,选择模式数大于或等于9、简并比为0的10组谐振腔尺寸,运用COMSOL Multiphysics软件对选定尺寸谐振腔内轮胎微波硫化过程进行数值模拟,得到微波硫化过程中轮胎温度分布、轮胎体平均温度、微波利用率和最大温差。数据分析表明:轮胎体平均温度与微波利用率呈现良好的一次函数关系;半径为652mm、高度为470 mm的圆柱形谐振腔内的轮胎最大温差最小,温度分布最为均匀,加热效果最优。     

基于加热均匀性的微波干燥研究进展

微波干燥通过电磁场辐射物体而在其内部产生热量,促进物体内部水分向外部迁移,是一种先进的干燥技术。但是,微波干燥存在加热不均匀的问题。本文针对该问题,分析了导致微波加热/干燥不均匀的影响因素,综述了通过提高微波干燥室内电磁场分布均匀性及改变被处理物料位置,以改进微波加热均匀性的可行措施,最后指出进一步实现微波均匀干燥的研究发展趋势。     

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。     

频率和功率对轮胎微波加热的影响

在双波导入射功率均为5 k W时,分别对(915±25)MHz频率范围和925 MHz频率时的双波导不同功率分配下的微波加热效率以及轮胎温度场分布进行了模拟。结果表明:微波加热效率随微波频率的变化呈类似于正/余弦曲线波动,在微波作用频率为925 MHz时,微波加热效果最好;双波导功率分配越趋近于一致,微波加热效率越高,轮胎温度场分布越均匀。     

陶瓷材料微波加热特性计算分析

为更清楚和准确了解材料微波加热行为,提出了球形陶瓷材料微波加热升温过程的一个数学模型。用有限差分隐式格式推导了离散方程,通过编程进行了数值迭代计算,得到了Si C陶瓷球加热升温过程动态温度曲线,并分析了其加热基本特性。在此基础上,探讨了材料热导率和微波功率的影响。计算结果表明,微波体积加热效应决定了物体内部温度分布比较均匀;与普通加热方式不同,微波加热的物体内部温差随时间逐渐增加,加热初期温差比较小,这一特性决定了微波加热特别适合快速加热;对每一微波功率,有一个最大稳定温度值,因此烧结不同材料,所用微波功率应不同。材料热导率越大,物体内部温度分布越均匀,但能达到的稳定温度越低;微波功率越大,物体能达到的稳定温度越高,但物体内部温度均匀性越差,因此,为保证材料均匀烧结,不宜用大功率。     

基于CST仿真软件的微波反应装置设计

微波具有良好的选择加热性和穿透性,在物料的反应、加热、干燥等方面有广泛的应用。基于计算机仿真技术(CST)仿真软件设计了单个模块为10kW、6个模块总计60kW的微波反应装置,包括微波产生单元的微波馈入、供电和控制电路设计,微波发生模块中的微波产生单元布置,微波反应容器设计,以及微波发生电路的总体布置和控制设计。     

热变温器系统气固反应器内部的温度特性

以气固反应热变温器系统的反应器为研究对象，通过建立数学模型，计算了反应器内部在反应过程中的温度分布及其随时间的变化，讨论了一些参数对于反应器内部温度分布的影响。结果表明：TC减小、pC增大以及fg减小、ρb增大，使反应器内部温升增加、反应器对废热流体的加热功率q增大，而反应器内部的温度不均匀性亦增加。     

一种连续流反应器内射流耦合搅拌流的混合特性

连续式搅拌反应器采用连续化工艺,可以保证生产过程的连续性,相较于传统反应器而言,连续式反应器内流场更复杂,进料口射流对于流场的影响较为明显。对传统的双层搅拌桨结构的微波反应釜进行连续化改造,基于计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对不同射流方案下反应器内醇油混合液的流动及混合特性进行了数值模拟,得到反应器内混合液的流动特性和混合时间特征。结果表明：射流通过直接影响射流区的流场和改变反应器内的循环涡流位置间接影响全局流动;射流方向对于反应器内流型影响更大,逆时针射流时反应器内的速度梯度大,流体之间的剪切作用更强,混合性能最佳,相较于传统的间歇式搅拌反应器,混合时间缩短了33%。     

固定床反应器内气体预分布器研究

研究了直径1 000 mm,高3 000 mm的固定床冷模装置中气体预分布器对反应器内气流分布的影响。结果表明:气体分布器可改变床层内气流流形并使径向气流的速度分布趋于均匀;随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;分布器的环隙高度在一定的范围可使反应器内气流的不均匀程度相对较好。应用计算流体力学软件CFX对固定床反应器内的流场进行模拟计算,并与大型冷模试验测试结果进行比较,模型计算值和冷模试验测量值吻合较好。     

微波炉内能量分布的测定与负载量及负载面积的影响

本实验以水为负载,对微波炉的均匀性、功率的测定,所研究的微波炉右边的能量电场分布较为均匀;微波输出功率随负载质量的增多而增大,当负载质量达到一定量时,输出功率趋向定值;微波输出功率随负载面积比的增大而提高,当负载面积比达到一定之后,功率反而减少。     

橡胶微波加热硫化的有限元分析

运用有限单元法求解Maxwell方程和传热方程,并采用ANSYS有限元软件计算和分析橡胶传统的热量由外向内传递的加热过程和微波加热过程。结果表明:微波加热硫化橡胶加热时间短,效率高;橡胶内的电场强度分布、焦耳热密度分布和温度分布都不均匀;随着微波加热时间的延长,胶料内的温度提高,但处于较高硫化温度的胶料范围几乎无变化。     

波导对橡胶微波加热硫化的影响

采用ANSYS有限元分析软件分别模拟橡胶在圆波导和同轴波导两种模式下的微波加热硫化过程。结果表明:同轴波导模式下胶料的微波加热效率低于圆波导模式,但同轴波导模式下胶料经微波加热后,胶料的最高和最低温度的差值较小,即同轴波导模式下加热胶料内的温度分布较均匀。     

激光与微波协同加热碳纤维的温度与热应力分布规律

利用仿真软件建立微波加热-激光加热-热辐射-流动传热-固体力学多物理场模型，研究了激光加热直径1mm碳纤维丝束的温度场分布与热应力大小，以及不同激光功率对于温度场与热应力的影响。同时，首次提出激光加热与微波加热结合的方式调节温度场分布与热应力大小的方法，仿真结果显示激光加热与微波加热结合的方式可以改善碳纤维丝束温度场的分布，有效降低丝束加热过程中的热应力。     

微波加热多层橡胶复合材料的温度场分布及界面特性研究

针对不同波源下微波加热多层橡胶复合材料,建立基于Maxwell方程的一维非稳态有源加热偏微分方程(PDE)模型,以丁苯橡胶材料和丁腈橡胶材料复合为例,采用时域有限差分法进行模拟仿真,研究多层(两层)橡胶复合材料在单/双波源下材料厚度和微波功率对加热温度场和界面特性的影响。结果表明:微波功率变化会影响多层橡胶复合材料加热温度分布;在叠加橡胶材料的交界面处,微波振幅会有微小变化;将介电损耗小的橡胶材料直接暴露于微波源,有利于微波穿过介电损耗小的橡胶材料向深处传播,且各层橡胶材料厚度宜控制在临界穿透深度以下;相对于单波源加热,多波源加热能改善多层橡胶复合材料加热的均匀性。与传统有限元模型的分析结果进行比较,验证了本研究模型的有效性。     

橡胶微波-传统联合加热硫化研究

运用ANSYS有限元分析软件,对圆波导模式下橡胶的微波-传统联合加热硫化过程进行仿真模拟,并与微波加热硫化过程进行对比。结果表明:仅采用微波加热方式,硫化胶内部温度较高,外部温度较低;而采用传统加热与微波加热相结合的方式,加热一定时间后,胶料内外能够同时被加热,胶料内部的温度梯度较小,内部温度分布较均匀。