微波加熱過(guò)程中熱點(diǎn)效應(yīng)的試驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、最近幾十年，微波熱利用技術(shù)發(fā)展迅速，在許多行業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，人們對(duì)于微波加熱的認(rèn)識(shí)也在逐漸加深。研究發(fā)現(xiàn)，將活性炭、碳化硅等材料作為微波吸收劑加入被加熱物料可大幅度強(qiáng)化加熱過(guò)程、加快反應(yīng)速率，有些情況下還能提高目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，降低能耗。這些材料具有較強(qiáng)的微波吸收能力，能在較短的時(shí)間內(nèi)耗散電磁波而溫度迅速上升，成為一定范圍內(nèi)的高溫位點(diǎn)，常被稱作“熱點(diǎn)”。熱點(diǎn)現(xiàn)象及其在微波加熱過(guò)程中的重要作用已經(jīng)得到了較為廣泛的認(rèn)可和關(guān)注，但

2、是到目前為止，關(guān)于熱點(diǎn)的文獻(xiàn)大都是對(duì)某些特定試驗(yàn)現(xiàn)象的描述或者是基于麥克斯韋方程的單純模擬計(jì)算，并沒(méi)有詳細(xì)揭示高溫位點(diǎn)和溫度梯度的具體程度。另外，微波誘導(dǎo)放電現(xiàn)象也會(huì)伴隨產(chǎn)生顯著的局部高溫，被認(rèn)為對(duì)于某些廢棄物的降解和化學(xué)反應(yīng)有大幅強(qiáng)化作用，因此放電瞬間熱點(diǎn)的程度同樣值得探討。
　　本課題主要研究了微波加熱過(guò)程中因選擇性加熱和放電帶來(lái)的的熱點(diǎn)效應(yīng)，通過(guò)試驗(yàn)和模擬計(jì)算相結(jié)合的手段對(duì)局部高溫和溫度梯度進(jìn)行了較為系統(tǒng)的討論，同時(shí)描述了微

3、波誘導(dǎo)非金屬放電現(xiàn)象。針對(duì)微波加熱過(guò)程溫度較難直接準(zhǔn)確測(cè)量的現(xiàn)實(shí)，通過(guò)間接量熱法測(cè)量熱效應(yīng)并計(jì)算產(chǎn)熱功率，最后建立了合適的模型并借助ANSYS等軟件模擬不同情況下熱點(diǎn)的程度和影響范圍。針對(duì)微波誘導(dǎo)非金屬放電鮮有文獻(xiàn)報(bào)道的情況，通過(guò)利用內(nèi)置攝像頭進(jìn)行圖像捕捉，XRD、熱重等進(jìn)行成分分析和光譜分析儀進(jìn)行光譜采集等表征手段，研究了微波誘導(dǎo)非金屬放電的現(xiàn)象及規(guī)律。
　　首先，論文進(jìn)行了由于吸波性能差異導(dǎo)致的熱點(diǎn)效應(yīng)的試驗(yàn)與模擬研究。利用量

4、熱法測(cè)量SiC等材料將微波能轉(zhuǎn)化為熱能的能力，并研究了材料種類、質(zhì)量、加熱時(shí)間、顆粒粒徑等對(duì)熱效應(yīng)的影響;計(jì)算出SiC在800W微波輻射條件下單位體積平均產(chǎn)熱功率約為4×107W/m3;并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行多種情形的數(shù)值模擬，揭示不同情況下熱點(diǎn)的程度及影響范圍，討論了粒徑、時(shí)間、熱量分配比等對(duì)溫度梯度的影響，發(fā)現(xiàn)在某些條件下，熱點(diǎn)溫度可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到100℃。
　　其次，研究了微波誘導(dǎo)非金屬放電現(xiàn)象并測(cè)量了放電過(guò)程產(chǎn)生的熱量，進(jìn)而討論

5、由于放電帶來(lái)的熱點(diǎn)效應(yīng)。各種表征手段表明微波誘導(dǎo)非金屬放電的發(fā)生受周圍介質(zhì)、顆粒粒徑、堆積狀態(tài)、顆粒形狀等多種因素的影響;放電的發(fā)生是一個(gè)積累的過(guò)程，材料內(nèi)部分外層電子獲得能量從基態(tài)變成激發(fā)態(tài)，發(fā)生躍遷并做定向移動(dòng)，在相對(duì)的形態(tài)學(xué)尖端形成電子聚集現(xiàn)象并產(chǎn)生瞬間高電勢(shì)，相鄰顆粒間在電勢(shì)差達(dá)到一定程度時(shí)擊穿之間的介質(zhì)，出現(xiàn)放電現(xiàn)象，激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，很容易在短時(shí)間內(nèi)迅速變回基態(tài)，這個(gè)過(guò)程便激勵(lì)產(chǎn)生了光子，出現(xiàn)光效應(yīng);量熱法結(jié)果表明相同的