微波诱导热解电子废弃物过程中金属放电热效应研究
随着电子及电器产品的更新换代和信息技术的发展,电子废弃物已经成为我国增长速度最快的固体废弃物之一,每年境外输入和境内产生总量达3000多万吨。家庭小作坊式的手工拆解和落后的回收技术造成了严重的地区性重金属和化学物质污染,对我国的环境及居民身体健康造成严重的危害。与此同时,电子废弃物蕴含的巨大经济价值日益受到人们的重视,很多高校和研究机构都在积极寻找一种绿色高效的处理和资源回收工艺。利用微波诱导热解电子废弃物可以充分兼顾电子废弃物的复杂的成分特性和微波选择性、整体性加热的特点,被广泛认为是一种有潜力的能够规模化处置电子废弃物的资源化技术。在利用微波诱导热解电子废物的研究过程中,废物中的金属成分在微波辐照下会产生的明显的放电现象,课题组还发现热电偶的插入区域温度会明显升高、放电后金属成分的熔融、金属的加入可以有效强化电子废弃物的快速热解等重要试验现象,但是在国内外相关文献中关于微波场中金属放电引起的热效应问题并没有被提及或做出阐释。本论文采用透波介质剥离研究微波放电的方法系统探索了微波辐照下金属放电的热效应作用规律,并且在试验基础上对金属介入时的电磁场和温度场进行了模拟研究,进一步揭露了微波诱导热解电子废物过程中介质吸波与金属放电的耦合作用机制。首先,论文对微波炉使用过程中的能量利用率进行了表征。根据能量守恒定律和热平衡原理,对微波功率、被加热物体体积、加热时间和被加热物体位置对微波炉能量利用率的影响进行了分析,发现微波功率、物体体积和摆放位置会影响微波炉的电能热效率,而负载的变化和加热时间对微波炉电能热效率影响不大的结论。其次,研究了不同因素对金属放电热效应的影响。通过采用金属加透波介质剥离研究了金属放电的热效应,依靠离线的水换热量热放电和直接红外测温相结合的手段对热量进行了表征,考察了微波功率、加热时间、金属数量、放电气氛和压力对金属放电和热效应的影响,发现金属放电的温度高达1000℃以上,金属放电引起的热效率最高可以达到53%。最后,开展了金属放电作用的数值模拟研究。借助Ansys,根据金属放电的热效应特性将微波加热的温度场问题进行等效建模,依据具体金属形态和布置方式设置边界条件并划分网格,建立离散式、线热源传热模型；以金属介入为“扰动”的边界,借助电磁场分析软件HFSS对电磁场的分布与变化进行仿真。通过试验和模拟的相互验证,总结了金属放电的热效应规律,为应用设计和优化提供了依据。
微波;金属放电;热效应;水量热法
山东大学
硕士
工程热物理
王文龙
2012
中文
X76
2014-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）