微波辅助固体催化剂下液相反应的多物理场耦合计算

本文针对传统固液反应耗时长、速率较慢、固液不易分离等问题,提出了一种微波加热固体催化剂下液相反应的方法,该方法可大幅缩短反应时间,提高生产率,实现反应物的高效率转换。建立了基于电磁场、化学反应系统、多孔介质流体流动场、传热场的多物理场仿真模型来模拟微波加热固体催化剂辅助进行液相合成反应的过程,并且基于该模型分析了不同流速与不同功率下反应液的温升情况。该微波加热模型对此类化学反应的优化生产具有重要的指导意义。

微波辅助煤炭脱硫的多物理场耦合计算研究

针对高硫煤脱硫研究中存在实验研究周期长,且实验过程中可能由于温度分布不均匀导致热点或热失控的安全隐患问题,多物理场耦合计算能够发挥重要作用。通过多物理场耦合计算的方法对微波辅助高硫煤脱硫过程进行研究,分析微波辐照功率、氧化剂配比、辐照温度、辐照时间对煤样脱硫率的影响,并分析搅拌速率对加热均匀性的影响,从而得到微波脱硫的最佳工艺条件,并对微波脱硫最佳工艺条件下的电场和温度场分布进行分析。结果表明,在最佳工艺条件下,煤样脱硫率较高,电场和温度场分布较均匀且无明显热点产生。

钨电极辅助微波等离子体水蒸汽制氢的多物理场计算

通过电磁场和等离子体场耦合的方法对钨电极辅助微波等离子体制氢过程进行多物理场耦合计算,并对制氢过程中的电子密度、电子温度、氢气和水蒸汽的浓度进行计算。计算结果表明,在10^(-16)s到10^(-15) s过程中,电子密度和电子温度增加并由电极向四周扩散,氢气浓度缓慢增加。在10^(-15) s到10^(-14) s过程中,电子密度和电子温度分别达到最大值5.45×10^(17)个电子/m^(3)和1.83×10^(5) eV,氢气浓度增加了1.783×10^(-15) mol/m^(3)远大于其它时间段。在10^(-14) s到10^(-13) s过程中,电子密度和电子温度不增反降,氢气浓度增加也趋于平缓。由此表明,在10^(-15) s到10^(-14) s过程中,电子密度和电子温度达到最大时制氢速率也达到最大。

基于多物理场的电磁锅炉加热器结构优化设计

为了获得最大换热效率的电磁锅炉加热器结构,选取加热器加热棒的直径、均布直径、均布角度,非金属外壳内壁直径及非金属外壳壁厚5个参数为设计参数,采用基于多物理场耦合计算,并利用基于响应面模型和遗传算法对加热器的多个设计参数进行了优化设计分析,得到了效率最高的结构参数,优化后的加热器换热效率达到了97.8%,比原型加热器结构换热效率提升了5.8%。

基于多物理场计算的微波加热均匀性改善研究

针对微波加热过程中存在温度分布不均匀的问题,提出利用多端口加热方式,通过多物理场耦合计算分析了端口布局、位置、数量以及功率配比对微波加热马铃薯块均匀性的影响。仿真计算结果表明,在四端口馈入时,端口分布于腔体四面,四个端口坐标分别为(-55,-162.5,70)、(162.5,-55,70)、(55,162.5,70)和(-162.5,55,70),且四端口馈入功率比为200∶200∶300∶300时,微波加热均匀性效果最佳。

电磁驱动高能量密度动力学实验的一维磁流体力学多物理场数值模拟平台:SSS-MHD

超高压、超高密度物质状态生成和性质研究是当代极端物理学的重要前沿领域,电磁驱动的高能量密度物理实验对于该领域的意义尤为重要。这类实验虽然形式上多种多样,但在物理上有内在统一性,即均以力学守恒定律和宏观电磁理论为基本框架。为了建立统一数值模拟平台、依靠负载电流实验数据(或驱动电路真实数据)确定各种极端实验条件下负载构形的力学运动及其与各个物理场的耦合问题,将经受大量实际检验的冲击、爆轰动力学和激光效应计算的一维拉格朗日编码SSS,实质性扩展成为磁流体力学多物理场耦合编码SSS-MHD。对于具有典型意义的平面准等熵斜波压缩、高速平面固体飞片发射、固体套筒电磁内爆和炸药内爆磁通量压缩实验等各类高能量密度动力学实验案例的模拟计算结果表明,编码SSS-MHD计算与美国Z装置、中国CQ和CJ系列装置的实验及美国编码ALEGRA-1D和2D计算数据的相对偏差基本不超过5%。该数值模拟平台为极端材料动力学实验(包括气体、液体、化合物和金属)提供了有力的支撑,还将有助于多维磁流体力学多物理场编码的开发。

一种非极性溶液微波间接加热方法的仿真计算

微波加热是一种与被加热物质直接作用的选择性加热方式,但这种效应在微波直接作用于极性分子时效果较好,微波在作用于极性分子时,极性分子在快速变化的高频电磁场中其极性取向随着外电场的变化而变化,造成分子的运动而相互摩擦产生热量,但微波加热非极性分子时,由于非极性分子在高频电磁场下极性变化很小,因此非极性分子很难被微波加热。针对上述问题本文提出了一种使用微波加热非极性溶液的方式,通过多物理场仿真计算,以非极性溶液的加热效果作为考核标准,计算了不同功率和不同流速下非极性溶液的升温特性,该文章对于工业上加热非极性溶液的方法设计具有指导意义。

特高压并联电抗器铁芯振动及噪声特征研究

特高压并联电抗器因其铁芯是以铁芯饼与气隙垫块交替堆叠而成的结构特点,导致其运行过程中振动强度远超同电压等级的变压器,易出现振动超标等问题,现有计算方法对特高压并联电抗器铁芯振动特征还无法准确表征。鉴于此,该文针对1台特高压并联电抗器的铁芯振动机理及产生的噪声进行研究,结合磁-结构-声多场耦合分析,对铁芯所受麦克斯韦力及磁致伸缩力进行仿真计算,将结构场计算结果进行快速傅里叶变换后作为载荷激励进而计算由电抗器振动产生的噪声,并单独分析磁致伸缩力和麦克斯韦力对电抗器铁芯振动造成的影响。结果表明:电抗器运行过程中电抗器铁芯旁轭中部产生的振动最剧烈,电抗器周围产生的噪声最大。对比麦克斯韦力与磁致伸缩力对电抗器铁芯振动的影响发现,同时考虑两个力时铁芯振动小于未考虑磁致伸缩力的情况,证明影响电抗器铁芯振动的两个力存在相互衰减作用。

外部换热的微波恒温加热装置的仿真设计

微波对于化学反应有着热效应和一些特殊的效应影响,但在微波是否存在非热效应上,目前仍未有决定性的实验论证。在目前的一些试图验证微波非热效应的典型实验中,普遍存在着为了维持温度不变而改变微波功率,无法确保局部温度和整体温度的一致性等问题。为了解决当前此类实验中存在的这些问题,本文提出了一种依靠内部搅拌装置确保温度一致性,通过外部冷却液进行换热确保恒定功率的微波作用下的温度稳定的微波加热反应装置,通过复杂的多物理场计算,确认了设计的模型可以通过对搅拌速度的调节使其COV≤0.1,通过对冷却液的选择、初始温度的设定和流速的调节,实现不同微波功率下达到不同的稳定温度。

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.