本文選題：微波　切入點(diǎn)：熱點(diǎn)效應(yīng)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：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程中因選擇性加熱和放電帶來的的熱點(diǎn)效應(yīng),通過試驗(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)描述了微波誘導(dǎo)非金屬放電現(xiàn)象。針對(duì)微波加熱過程溫度較難直接準(zhǔn)確測(cè)量的現(xiàn)實(shí),通過間接量熱法測(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)量了放電過程產(chǎn)生的熱量,進(jìn)而討論由于放電帶來的熱點(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SiC顆粒放電情況下產(chǎn)生的熱量超過不放電時(shí)的8倍;模擬結(jié)果顯示放電誘發(fā)更加顯著的局部高溫和溫度梯度,可在瞬間超過1000℃,與表征結(jié)果一致�？偟膩碚f,本文詳細(xì)探討了微波加熱過程中由選擇性加熱和放電誘發(fā)的高溫位點(diǎn)和溫度梯度的具體程度,研究結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)微波加熱的高效利用和強(qiáng)化污染物脫除、廢棄物降解等化學(xué)反應(yīng)過程具有重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM924.76

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本文編號(hào)：1662737