發(fā)布時間：2021-03-25 07:51

　　隨著社會工業(yè)化程度提高,水污染問題越發(fā)突出,應(yīng)用納米材料進(jìn)行污水凈化處理在水資源循環(huán)利用中發(fā)揮著重要作用,高性能微納米材料的研究和生產(chǎn)成為新時代材料的發(fā)展方向。微波化學(xué)憑借其特殊的加熱方式和特有的微波效應(yīng),被廣泛應(yīng)用于微納米材料的合成,因此,對能夠高效利用電磁能量的微波化學(xué)反應(yīng)器的研究愈來愈受到關(guān)注。本文針對微波化學(xué)反應(yīng)中電磁能量如何有效利用的問題,通過理論計算,仿真分析及實驗測試等方法,設(shè)計了一款利用天線輻射加熱且通過增設(shè)熱管實現(xiàn)同步冷卻功能的微波化學(xué)反應(yīng)器。本課題主要研究內(nèi)容如下:（1）研究微波反應(yīng)器及天線相關(guān)理論,通過理論計算設(shè)計波導(dǎo)-同軸天線輻射結(jié)構(gòu),并利用仿真軟件HFSS進(jìn)行電磁計算,分析不同參數(shù)下的微波能量傳輸情況及場強分布。結(jié)果表明階梯內(nèi)導(dǎo)體和其在波導(dǎo)內(nèi)的軸向錯位補償能夠影響阻抗匹配,通過優(yōu)化內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及位置尺寸,可以實現(xiàn)寬頻帶內(nèi)較小的回波損耗。通過仿真計算,設(shè)計可以在諧振腔中心實現(xiàn)集中輻射的弧形天線板結(jié)構(gòu),溫度測試實驗表明該天線式微波反應(yīng)器的諧振腔內(nèi)場強分布合理,加熱均勻性提高。（2）針對微波輔助化學(xué)反應(yīng)中,溫度穩(wěn)定后微波輻射急劇下降的問題,在天線式微波反應(yīng)器的基礎(chǔ)上增... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

嚀餃刖匭尾ǖ賈校?蘊秸爰だ?姆絞絞共ǖ疾???行模。而后同軸線的內(nèi)導(dǎo)體延伸一部分沿電場方向插入矩形波導(dǎo)中，將微波耦合至同軸線為諧振腔內(nèi)天線饋電，實現(xiàn)微波能量的傳輸。在天線式微波反應(yīng)器設(shè)計中，各部分結(jié)構(gòu)的阻抗匹配實際上仍是電路的相關(guān)設(shè)計，因此，天線的電路參數(shù)回波損耗S11和電壓駐波比VSWR，是衡量各部分結(jié)構(gòu)匹配程度的重要參考標(biāo)準(zhǔn)[75]。2.2.3同軸傳輸線理論及設(shè)計同軸線是使用廣泛的微波傳輸結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)包含金屬構(gòu)成的內(nèi)外導(dǎo)體，中間為空氣或較低介電常數(shù)εr的介質(zhì)，內(nèi)外半徑長度分別為a，b，結(jié)構(gòu)如圖2-2所示[76]。圖2-2同軸線結(jié)構(gòu)同軸線波導(dǎo)與矩形波導(dǎo)的傳輸模式不同，主要為TEM模式，適用一般方程為[77]：2200ttEH(2-21)

第二章天線式微波反應(yīng)器的電磁分析及優(yōu)化設(shè)計15衰減系數(shù)：8.686(1)=2(120ln)srbRabba(2-33)式中Rs為導(dǎo)體表面電阻。設(shè)計同軸線時，一般的優(yōu)化原則是固定外徑尺寸b為常數(shù)，改變內(nèi)徑尺寸a。當(dāng)同軸線內(nèi)外徑之比為常數(shù)e的開方時，傳輸功率最大，此時的特性阻抗約為30Ω，當(dāng)內(nèi)外徑之比為3.59時，此時同軸線衰減最小，特性阻抗約為77Ω，為同時兼有二者特性，所設(shè)計的同軸線定為特性阻抗50Ω�？紤]諧振腔整體尺寸及布置的合理性，選擇同軸線外徑尺寸b=10mm，根據(jù)公式2-31計算，得到內(nèi)徑a=3mm，內(nèi)外導(dǎo)體之間不用空氣填充，選擇聚四氟乙烯材料填充以約束固定內(nèi)導(dǎo)體及天線軸。2.2.4波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換理論及設(shè)計在將微波通過旋轉(zhuǎn)天線饋入空腔之前，首先需要同軸內(nèi)導(dǎo)體將微波從矩形波導(dǎo)中耦合至同軸線傳輸，波導(dǎo)-同軸轉(zhuǎn)換原理如圖2-3所示[78]。圖2-3波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)h表示內(nèi)導(dǎo)體探入矩形波導(dǎo)內(nèi)的耦合高度，l表示內(nèi)導(dǎo)體中心線與矩形波導(dǎo)短路面的距離，探針天線的輸入阻抗實部由正弦電流近似理論得[79]：0221001002sintan2hRlKabK(2-34)式中0=120為自由空間本征阻抗，00K2/，λ0為自由空間波長002f，102/g是TE10波的相位常數(shù)，相波長200=/1/2ga�？梢钥闯�，同軸線探針的阻抗實部只與內(nèi)導(dǎo)體探入的耦合高度h和內(nèi)導(dǎo)體到矩形波導(dǎo)短路面的距離l有關(guān)，公式中并沒有同軸尺寸對電阻的影響，當(dāng)工作頻率為2.45GHz


本文編號：3099339