搅拌对微波加热过程中热点形成的影响研究

目前,微波作为一种新型的加热手段已经被广泛应用于化学各个领域中,微波加热过程中由于热点现象存在而造成的危险不容忽视.文中利用有限元方法联合求解了包括电磁场方程、流体力学方程和热传导方程在内的多物理场方程组,研究了搅拌速度的变化对微波加热去离子水过程中热点形成的影响.分析结果显示：搅拌并不能完全消除微波加热过程中的热点.     

微波加热技术在化学反应中的应用

通过具体实例介绍了微波介电加热原理，阐明了微波介电加热技术在化学反应中的应用，微波加热可提高化学反应速度，缩短反应时间，完成某些常规无法进行的化学反应。     

Ba(Zn0.5W0.5)O3掺杂对Ba[(Zn0.2CO0.8)0.33Nb0.66]O3微波介质陶瓷的影响

用传统固相法制备了Ba(Zn0.5W0.5)O3掺杂Ba[(Zn0.2Co0.8)0.33Nb0.66]O3微波介质陶瓷,通过XRD和HP8720ES网络分析仪分别对其晶体结构和微波介电性能进行了研究.实验结果表明,少量的Ba(Zn0.5W0.5)O3可以把体系的烧结温度从1430℃降低到1380℃,促进了烧结.在烧结过程中Zn的挥发会促使掺入的Ba(Zn0.5W0.5)O3转变成BaWO4,以第二相的形式存在于陶瓷样品表面,而内部并没有明显的第二相生成.这说明烧结过程中Zn的扩散很有限.在微波介电性能方面,随着Ba(Zn0.5W0.5)O3的掺杂量的增加,Ba[(Zn0.2Co0.8)0.33Nb0.66]O3的相对介电常数(εr)略有减小,谐振频率的温度系数(Tf)略有增大,而其Q×f值则在测量误差范围内波动不大,说明掺入少量的Ba(Zn0.5W0.5)O3对Ba[(Zn0.2Co0.8)0.33Nb0.66]O3在微波频率下的品质因数影响不大.     

数值模拟微波加热化学反应过程的初步研究及热点和热失控现象讨论

通过数值模拟来研究微波加热化学反应这一非线性过程,重点讨论了温度场的时空变化及相关的热点、热失控现象．设被加热物体为无限长圆柱体,入射电磁波为平面波,于是导致了一个二维多物理场的耦合计算问题．计算中采用矩量法求解电磁场积分方程,采用半解析法求解热传导方程,并提出一种微波加热化学反应过程中反应物等效复介电常数的确定方法．对水和一假定的化学反应（A）的计算结果表明,微波加热过程中的热点现象广泛存在,其普遍规律是：当被加热物体半径较小时,电磁波的聚焦作用使物体内部某些地方出现最高温度;当半径增加到一定程度时,电磁波的趋肤效应开始逐渐明显,最高温度出现在物体表面附近,呈现出月牙形的高温区域．这和电磁波传播的基本物理规律相符．在半径值固定的条件下,水在加热过程中热点位置并无变化,而反应A在少数半径值下则有热点的移动．计算研究还发现,无论是水还是反应A,在半径值较小时,热失控现象易发生,即半径值微小的不同会使物体的最高温度有很大不同;相反,在半径值较大时,则热失控现象不明显．值得一提的是,水的最高温度随半径增大呈现震荡减小的趋势,而反应A则几乎是单调减小．这种差别是否只是偶然产生,还需要进一步做出研究．     

高能球磨法制备Mg_4Nb_2O_9微波介质陶瓷及其表征

采用高能球磨法制备粉体.粉体球磨60 h后在900℃保温3 h预烧合成Mg4Nb2O9纯相,研究了由高能球磨所得粉体制备的Mg4Nb2O9陶瓷的相结构、显微组织和微波介电性能随烧结温度的变化关系.X射线衍射检测Mg4Nb2O9陶瓷在1 150～1 200℃烧结过程中有微量的MgNb2O6和Mg5Nb4O15杂相产生,烧结温度高于1 200℃时,样品为Mg4Nb20g纯相;样品收缩率和密度随烧结温度的增大而增加,在1 200℃趋于饱和,分别为13.6和4.22 g/cm3(相对密度96.42%);样品的气孔含量随烧结温度增大降低,晶粒尺寸随烧结温度增大而增大,介电常数和品质因数随烧结温度的增大而增加;1 200℃烧结的样品具有高的致密度、清晰的显微组织,平均晶粒尺寸为3.5 μm,微波介电性能εr=12.6,Q·f=133164 GHz,τ=-56.69×10-6/℃.实验结果表明.高能球磨有效促进球磨后粉体在900℃低温合成Mg4Nb2O9纯相;并降低Mg4Nb2O9陶瓷的烧结温度到1 200℃,改善了陶瓷的谐振频率温度系数,有望成为新一代中温烧结微波介质材料.     

微波在无机材料热处理中的应用

微波是波长介于可见光与通讯波之间的电磁波。微波照射可以引起物质的发热而升温。其原理是电磁波耦合内部的极化因子并使之高频反转。文中归纳影响材料微波加热效应的材料相关因素有介电常数、损耗正切、耦合温度、材料密度等因素,列举了目前微波加热处理的关注领域,主要有微波合成、微波焊接、微波烧结等。其中,微波将在原子扩散、结晶相变和复合材料设计中发挥特殊的优势。     

微波烧结磁铁精矿

对3种磁铁精矿的微波烧结进行了基础研究．主要包括3个方面内容：不同微波处理时间、磁铁精矿中配加不同比例的碳粉以及磁铁精矿中配加不同比例的CaO，对样品微波加热及烧结的影响．研究结果表明：随着微波加热时间的延长，磁铁精矿温度逐步升高，到达一定高度后升温速率变缓；在相同微波加热条件下添加碳粉会降低样品的加热温度；在试样中CaO／SiO2为2．5、加热时间20min和微波输出功率1000W的条件下，可以获得具有一定强度的孔隙状烧结产物，但其强度与现有抽风烧结产品相差较大，其原因有待进一步研究．     

Ca(Sm0.5Nb0.5)O3介质陶瓷的微波烧结

通过改变微波烧结温度和保温时间,优化Ca( Sm0.5 Nb0.5) O3 (CSN)陶瓷的微波烧结工艺,用X线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和微波网络分析仪等对试样进行表征.从相组成、显微结构及微波介电性能等方面对微波烧结试样与常规烧结试样进行对比分析.结果表明:微波烧结可大幅降低CSN的烧结温度,促进试样的致密化,其物相组成和传统烧结试样无明显差别;微波烧结还可以改善CSN陶瓷的微波介电性能,在1 375℃微波烧结30 min可获得优异的微波介电性能,介电常数(εr)=20.08,品质因数(Q×f)=37.03 THz,谐振频率温度系数(Tf)=-10.2×10-6℃-1.     

磁铁精矿的无碳烧结

为了实现磁铁精矿的无碳烧结，从质量、保护气氛（N2）和Fe3O4添加量对磁铁精矿微波烧结的影响3个方面进行了研究．结果表明2采用相同试样碱度（CaO／SiO2=2．5）和微波加热条件（1000W、2．45GHz、20min），试样中心温度会随着试样质量增加而逐渐降低；在相同的微波加热条件下，采用保护气氛，同无保护气氛相比，同一试样的温度没有提高；相同微波加热条件下加热同碱度（CaO／SiO2=2．5）的磁铁精矿试样100g，试样中Fe3O4添加量越多，微波烧结过程中液相出现得越少，越不利于磁铁精矿的烧结．     

固有烧结温度低的微波介质陶瓷研究进展

综述了固有烧结温度低的微波介质陶瓷的研究进展,对不同材料体系的微波介质陶瓷结构、介电性能进行了详尽讨论,指出了今后微波介质陶瓷发展方向.     

植物纤维素在微波 HCl/H2O2耦合条件下降解工艺条件的优化

在微波加热条件下, 研究降解条件（催化剂体积分数、 反应温度、 时间）对植物纤维素降解过程的影响, 结果表明, 适宜降解条件为: φ催化剂=5%, 100 ℃反应2 h. 在此条件下, 得到的ρ还原糖=2.15 g/L, 微波加热降解较常规加热还原糖浓度提高了33.5%, 降解率提高了487%. 利用SEM分析微波降解和常规条件下降解产物的结构特征, 结果表明, 微波作用下使纤维素的聚合度降低. 红外分析结果表明, 微波条件与常规条件下的剩余物结构一致.     

微波加热对自来水杀菌效果的实验分析

为明确微波加热对自来水杀菌的高效性,本实验采用微波炉对一定量的自来水进行了加热杀菌处理,并对微波杀菌效果达到国标时自来水体积与加热时间关系进行了分析。结果表明:微波加热实验组的杀菌效果达到国标(GB19298-2003)时所需的时间及所需的温度明显低于电炉加热对照组;实验组和对照组在水温为35.0℃时比初温13.1℃时含菌量高;实验组和对照组杀菌效果达到国标时,加热时间与水的体积成线性关系。上述结果表明,相比传统热杀菌,微波杀菌具有稳定的高效性,为饮用自来水微波炉杀菌方法提供了参考。     

过滤单元形状对其微波再生特性的影响

针对一种新型的柴油机微粒捕集器单元块旋转式的过滤体微波加热再生模型,采用数值模拟方法,对再生过程中过滤体壁面温度沿径向分布和过滤体单元的形状结构参数对微波加热再生过程的影响规律进行数值模拟研究.结果表明:过滤体壁面温度从外弧面向内弧面逐渐升高,且整个过滤体的峰值温度出现在内弧面;较小的过滤体圆心角将会缩短再生时间;较小的过滤体单元长度以及较小的过滤体单元厚度都可使再生时间缩短.     

微波场中锰矿粉碳热还原反应研究

采用微波加热和常规加热对锰矿粉的碳热还原反应进行了研究.利用热重分析仪研究温度、粒度和碳氧原子摩尔数比等因素对微波场中锰矿粉碳热还原反应速率的影响,并通过拟合得到碳热还原反应过程动力学方程,进而得到微波加热相对于常规加热碳热还原的速率增加因子Q.实验结果表明:在微波加热时,随着碳氧原子摩尔数比的升高,物料升温速率随之提高;同时,反应前期升温速率较大,随着反应的进行,升温速率逐渐降低.提高碳氧原子摩尔数比和温度,微波加热碳热还原反应速率加快.减小粒度可以提高反应速率,但当粒度减小到150目时,进一步减小粒度后,反应速率不会有明显的提高.相同的温度和保温时间下,微波加热失重率远大于常规加热,微波加热的促进作用在低温和低温反应后期更为显著.     

高次模碳纤维微波加热装置的设计与实验

为了使T300碳纤维达到微波石墨化的反应温度,需要对其进行微波加热实验。设计了一种基于TM_(110)高次横磁波模式的碳纤维微波加热装置,该装置是一种圆柱形谐振腔,腔体两侧分别存在一个轴向电场最大值区域,理论上可以同时加热多束碳纤维。为了保证碳纤维的加热效率,在设计时需要同时兼顾腔体的谐振频率和阻抗匹配特性。使用仿真软件优化了耦合点的具体位置,并对优化后的圆柱形谐振腔进行了多物理场的耦合仿真。仿真结果表明:出口处碳纤维的表面温度最高,且靠近耦合点的左侧碳纤维温度高于右侧。实验结果与仿真结果较为吻合,验证了碳纤维微波加热的可行性和装置的有效性。     

水玻璃砂微波加热过程温度场测试与分析

通过系统测试和分析水玻璃砂在微波加热过程中的温度场,揭示了水玻璃砂微波加热的快速升温及型芯内外同时升温等特性。通过实验和分析,探讨了形成这些特性的原因。提出了微波加热过程中水玻璃砂型芯的升温主要依赖于水玻璃对微波的吸收的观点。     

采用低温微波法和电加热法再生载甲苯活性炭

采用低温微波法(60、120、180 W)和电加热法对载甲苯松木活性炭进行再生。比较了这两种再生方法下活性炭的再生效率、升温速率、能耗,并分析了再生前后活性炭的物理化学性能。结果表明:经过5次吸附—微波辐射再生之后,活性炭吸附量基本保持原有吸附量的45%。随着微波功率从60 W 升高到120 W,再生时间从60 min降低到22 min,再生效率从1.7%/min增加到4.5%/min。而传统电加热再生法再生时间为180 min, 是微波法的3～6倍; 功率为60 W的微波加热法的升温速率为178 ℃/min,而电加热法升温速率只有9 ℃/min; 从能耗角度看,微波再生法的能耗为29.7 kJ/g,而电加热法的能耗则为74.3 kJ/g; 并且经检测微波法再生后活性炭的孔隙结构和官能团未发生改变。     

活性炭微波加热制备装置的仿真设计

活性炭在石化、电力、化工、临床医疗、环保等多个行业中广泛应用,其市场需求量也与日俱增.研究表明,相对于传统方法,微波法制备的活性炭具有孔隙结构更发达,比表面积更大,孔隙结构分布更均匀等优势.然而,这些研究都局限于实验室层面,现有的微波加热装置普遍存在热点、热失控和加热效率低下等问题.这严重限制了微波能在活性炭工业制备中的大规模应用.针对上述问题,本文以国内大量存在的竹子为研究对象,提出了一种可用于活性炭制备的微波均匀加热装置设计方案.通过多物理场仿真计算,以原材料的受热均匀性及装置的能量馈入率为考核标准,采用参数扫描分析的方法对装置参数进行了优化,得到了S11参数为-26.81dB,温度场的变异系数为0.2834的加热装置.此外,本文还结合参数扫描过程以及不同算法的运用,验证了该仿真计算的鲁棒性和准确性.该文章的工作对当前的活性炭工业制备装置的设计具有重要指导意义.     

非出水时段电热水器加热时间与能耗的预测模型

首先,通过对电热水器加热过程热平衡方程的解析,导出壳体内水温在加热过程中的理论计算公式.在此基础上,提出电热水器水温加热到设定温度所需加热时间与加热能耗的理论预测模型,并通过计算值与实测值对比,验证预测模型的有效性.最后,通过对不同工况的计算,考察不同因素对加热时间和加热能耗的影响.研究结果表明:随着水容量和设定温度的提高,加热时间和加热能耗显著增加;初始水温提高,加热时间和加热能耗明显减少;加热功率增加,加热时间呈指数减少,加热能耗减少不明显;保温性能和环境气温的提高有助于减少加热时间和加热能耗.