超重力微波耦合场内流场及电磁场模拟研究
超重力反应器作为一种过程强化设备，在化工分离、纳米材料制备、环境保护等领域发挥着重要作用。但是，目前超重力设备采用的是夹套加热的方式，这种传统的加热方式不仅升温速度慢，无法满足节能减排的发展要求，而且影响反应的顺利进行。因此，需要对超重力设备的加热方式升级改造。鉴于微波加热具有升温速度快、环境污染小等优势，本课题提出将超重力与微波进行耦合，开展超重力微波耦合场内流场及电磁场模拟研究，以优化超重力微波耦合反应器的结构参数，实现耦合效果的强化。主要研究内容及结论如下： （1）超重力微波耦合场内流场模拟研究。利用Fluent软件模拟了超重力微波耦合场内的流体流动形态，考察了网格数量对流体流动形态的影响，进行了网格无关性检验，确定了网格划分依据，获得了较佳的流体流动形态。 （2）超重力微波耦合场内电磁场模拟研究。在获得较佳流体流动形态的基础上，通过计算得到了旋转圆盘上液膜的平均厚度，然后利用HFSS模拟了超重力微波耦合场内的介质功率损耗密度，分别考察了单微波源和双微波源相关参数对介质功率损耗密度的影响，获得了效果较佳的结构参数：单微波源时，微波源馈入长度为40mm，功率为1500w，位置为120mm，安装方式为水平安装，此时介质功率损耗密度最大，介质吸收的能量多；双微波源时，微波源的相对位置为互相垂直，功率分配比为1:5，微波源之间的高度差为60mm，此时介质功率损耗密度最大，介质吸收的能量多，效果好。 （3）超重力微波耦合场内温度场实验研究。研究发现，在微波加热过程中，介质吸收的能量越多，介质功率损耗密度越大，介质温升越高。在完成模拟研究的基础上，考察了单微波源相关参数对流体温升效果的影响，进行了实验和模拟的对比，结果发现，当微波源功率为1500w，位置为120mm，安装方式为水平安装时，流体温升最高，为14.5℃，表明两者具有较高的吻合度。
数值模拟;结构优化;微波加热;流体流动形态;介质功率损耗密度
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
孙宝昌
2022
中文
TQ052
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）