基于物料加载的微波加热谐振腔谐振模式的研究

Microwave technology has a great application prospect in metallurgical area, such as preparing mineral, leaching, drying,dealing with waste,deoxidizing mineral and so on. Microwave heating reactor designing has a directly effect on the thermal efficiency, heating uniform and utilizing efficiency of microwave power.The resonance mode in cavity is one of the most improtant reference to the cavity design. However,the resonance mode could be changed or even disappeared in the process of heating, which will result in resonance frequencies changing and finally affecting on theraml efficiency. In this item, based on the strongpoints of microwave heating and permitivity properting,the resonance mode and electrical field in cavity on load will be analyzed according to the elctromagnetic theory. The mathematic model of temperature field with permitivity of the load and resonance mode will be built up. Compared with experiment data and simulation results,the relationship of resonance mode and cavity design will be summarized. This item can achieve low cost of microwave metallurgy and supply theory insutruction for microwave reactor design. The mutual action theory between microwave and material will be consummated. It is also significant for clear production.

作为一种新型绿色冶金方法，微波辐射技术在磨矿、湿法浸取、干燥、废物处理和矿石还原等冶金领域中具有广泛的应用前景。微波加热谐振腔的设计直接影响加热的效率，加热的均匀性以及微波源的利用率等。腔体中的谐振模式数是设计谐振腔体的重要参考指标之一，然而在加热中，随着加载物料的不同，腔体中的谐振模式会改变甚至消失，从而使腔体中的谐振频率和品质因数随之发生改变，最终导致对微波加热腔体的加热效率以及均匀性产生影响。本项目旨在：基于微波加热的优点和物料加热以后介电特性的变化，根据电磁理论推导编程，对物料加载时谐振腔内谐振模式数的和电场分布特性进行分析，建立温度场与物料介电特性以及谐振模式的数学模型。通过软件仿真及实验数据对比，总结物料加载下谐振模式数对腔体设计的影响。该项目可为实现微波冶金的低成本生产以及微波反应器的优化设计提供理论指导和技术原理，对完善微波与物质间相互作用理论，实现清洁生产具有重要的意义。

微波辐射技术作为一种新型的绿色冶金方法被广泛的应用于冶金领域中。而微波加热腔体的设计直接影响加热的效率、加热的均匀性以及微波源的利用率。本项目基于微波加热的优点，对物料加载的加热腔体内谐振模式的变化以及场分布的特性进行研究，通过软件仿真及实验数据对比，总结出了物料加载下谐振模式数对腔体设计的影响。项目执行过程中提出了一种基于等效阻抗建立加热腔体模型的理论，并提出了一种针对微波加热腔体仿泄露的快速方向性多层算法；根据电磁波传输线理论，以石油焦等典型冶金物料为研究对象分析计算出了含水率和温度对物料的吸波特性及透波特性的影响；试制了一种密封式的微波闪蒸腔体用于工业废水的处理并且效果良好；同时针对微波加热腔体内波导馈入口密封度不高导致不能保持绝热腔体的真空度问题设计了一种密封腔体波导导入装置；同时对加热过程中物料的电磁敏感特性的影响因素进行了研究，建立了部分电磁敏感性的模型，为后续的研究奠定了方向。项目执行期间项目组成员共发表期刊论文11篇，其中SCI检索5篇，中文核心期刊5篇。发表会议论文3篇，被EI及ISTP检索3篇，申请及授权专利6篇，项目资助下培养博士研究生2名，出站博士后1名。本项目为微波加热腔体的优化设计提供理论指导并且实现了产学研的结合，对完善微波与物质间相互作用理论，实现清洁生产具有重要的意义。