超重力耦合微波的强化给热机制研究

发布时间：2023-08-25 21:16

　　作为一种典型的化工过程强化设备,超重力反应器由于具有强化传质和混合的特性,已成功应用于精馏、吸收、废水处理、纳米材料制备等众多领域,并且得到了越来越广泛的认可。但在超重力反应器内部,因为液体为分散相,气体为连续相,反应器内部的导热系数比较低,不利于热量的传递,加热过程会存在加热效率低、能耗大等问题。鉴于微波可以直接使溶液中的极性分子产生高频振动、碰撞进而实现快速升温的特征,本课题提出开展超重力耦合微波的强化给热机制研究。主要研究内容及结论如下:(1)多微波源微波反应釜内温度分布规律的实验研究。在静止反应釜内选取了三个测量截面,分别利用红外测温仪和热电偶进行温度测量,考察了微波源的位置和数量对每个截面和整体水域的升温规律以及温度分布规律的影响。结果发现,位置较靠上的水更容易被加热,其中上表面的水比底面的水的温度高4-5℃,原因是波导位于腔体的上半部分,导致靠上位置的水加热效率较高;在总输出功率相同时,同时开启双微波源的加热效率不如单微波源,这是由于双微波源发射的电磁波会相互影响,从而削弱了微波反应器的加热效率。(2)多微波源微波反应釜内温度分布规律的模拟研究。利用COMSOL Multi...

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【学位级别】：硕士

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摘要
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第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 传统换热方式简介
        1.2.1 直接接触式换热
        1.2.2 间壁式换热
        1.2.3 蓄热式换热
    1.3 微波加热方式简介
        1.3.1 微波加热的原理
        1.3.2 微波加热的特点
        1.3.3 微波加热的应用研究
    1.4 超重力技术简介
        1.4.1 旋转圆盘反应器的工作原理
        1.4.2 旋转圆盘反应器的传热研究
    1.5 本课题的研究目的、意义和内容
        1.5.1 本课题的研究目的和意义
        1.5.2 本课题的主要内容
        1.5.3 本课题的创新之处
第二章 多源微波反应器内的温度分布规律实验研究
    2.1 引言
    2.2 实验仪器及设备
    2.3 实验装置及流程
        2.3.1 实验装置
        2.3.2 实验流程
    2.4 实验方案及步骤
        2.4.1 实验方案
        2.4.2 实验步骤
    2.5 实验结果与讨论
        2.5.1 单微波源时水的温度分布规律
        2.5.2 双微波源时水的温度分布规律
        2.5.3 单微波源与双微波源加热效果的对比
    2.6 本章小结
第三章 多源微波反应器内的温度分布规律模拟研究
    3.1 引言
    3.2 多源微波反应器内温度分布模拟方法的建立
        3.2.1 微波加热控制方程
        3.2.2 构建几何模型
        3.2.3 设定材料属性
        3.2.4 添加物理场模块
        3.2.5 设置边界条件及初始值
        3.2.6 划分网格
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 单微波源时水的温度分布规律
        3.3.2 双微波源时水的温度分布规律
    3.4 多源微波反应器的优化设计
    3.5 本章小结
第四章 超重力-微波耦合场内的温度分布规律模拟研究
    4.1 引言
    4.2 实验设备及流程
        4.2.1 实验设备
        4.2.2 实验流程
    4.3 模拟方法与步骤
        4.3.1 模拟方法
        4.3.2 模拟步骤
    4.4 模拟结果与讨论
        4.4.1 旋转圆盘上流体流动形态的研究
        4.4.2 反应器内电磁功率损耗密度的模拟分析
        4.4.3 旋转圆盘上流体温度变化的研究
    4.5 本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 建议
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
作者及导师简介
附件



本文编号：3843326