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吸波剂协助低阶煤微波热解能量场分布数值模拟研究

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煤炭转化 2023年第3期46卷 13-24页

作者：关一宁吴雷周军刘田田杨甫蒋绪西安建筑科技大学化学与化工学院西安710055 陕西省煤田地质集团有限公司自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安710021 咸阳职业技术学院陕西咸阳712000

吸波剂协助煤微波热解技术可实现煤的清洁高效转化,吸波剂协助煤微波热解技术与数值模拟技术相结合,可进一步优化微波热解产物特性。将电磁场能量守恒方程、固体热传导方程和几何模型耦合,运用COMSOL软件建立了适用于吸波剂协助低阶煤... 详细信息

吸波剂协助煤微波热解技术可实现煤的清洁高效转化,吸波剂协助煤微波热解技术与数值模拟技术相结合,可进一步优化微波热解产物特性。将电磁场能量守恒方程、固体热传导方程和几何模型耦合,运用COMSOL软件建立了适用于吸波剂协助低阶煤微波热解反应的电磁-传热模型,考察了兰炭(BC)、Fe_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)/BC三种不同种类吸波剂协助煤微波热解的微波腔体电场和煤样温度场的分布特性和强度变化,并与煤微波热解实验进行了对比验证。结果表明:吸波剂种类对微波腔体的电场和煤样的温度场的分布位置和分布区域形状没有显著影响,而对两者的分布区域面积和强度存在较大影响。吸波剂按对电场的分布区域面积和强度的影响从大到小依次为Fe_(2)O_(3)/BC、兰炭和Fe_(2)O_(3),煤样的温度场呈现出右高左低的分布趋势,且高温区域形状呈羽状。三种吸波剂中,Fe_(2)O_(3)/BC吸波剂的电场强度最大,约为9.79×10^(4)V/m,其煤样的温度场分布区域面积和煤样最高温也均最大。三种吸波剂模拟升温特性与实际微波热解升温特性相似,但Fe_(2)O_(3)吸波剂条件下热解最高温和终温模拟结果与实验结果差异最小,而Fe_(2)O_(3)/BC吸波剂条件下的模拟升温曲线与实验结果最为相似。

关键词：微波热解吸波剂能量场分布数值模拟低阶煤

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高介电水溶性固态吸波剂强化微波破煤增透试验研究

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高介电水溶性固态吸波剂强化微波破煤增透试验研究

作者：吴旭飞中国矿业大学

学位级别：硕士

微波破煤技术是一种极具发展潜力的煤层增透新方法。在微波辐射作用下,煤体中极性矿物吸收微波而产生急速热效应,使煤体局部形成温差,产生热应力,导致煤体微结构破坏、裂隙扩展,从而增大煤体渗透性。由此可见,煤体的吸波能力大小,将会... 详细信息

微波破煤技术是一种极具发展潜力的煤层增透新方法。在微波辐射作用下,煤体中极性矿物吸收微波而产生急速热效应,使煤体局部形成温差,产生热应力,导致煤体微结构破坏、裂隙扩展,从而增大煤体渗透性。由此可见,煤体的吸波能力大小,将会直接影响微波破煤增透效果,而原煤吸波能力有限,需增加其极性矿物的含量,从而提升微波破煤效果。为此,本文提出“通过向煤体注入含高介电水溶性固态吸波剂的溶液,来提高煤体吸波能力,从而强化微波破煤增透效果”的新思路,利用自主研发的微波破煤实验装置,探索了乙酰胺、高铁酸钾、溴化钠等高介电水溶性固态吸波剂强化微波破煤增透的可行性与实施效果,取得了如下研究成果:(1)对比分析了原煤、吸波剂溶浸煤体、吸波剂溶浸-微波辐射协同处理后煤体的官能团含量演化规律,揭示了微波辐射下含吸波剂煤体的分子结构演化规律。结果表明,在微波辐射下,吸波剂能使煤体中的羟基、脂肪烃、含氧官能团等官能团含量大幅减少,芳香烃数量显著增加,两者的降幅或增幅均超过35%,其中吸波剂溶浸作用引起的官能团含量变化仅为4%左右。上述煤体中的芳香烃数量增加与水分脱除加快,将使得微孔受压崩塌而减少,降低了煤体的吸附面积。同时,煤体中的羟基、脂肪烃、含氧官能团的含量减少,不仅能导致煤孔隙表面亲水位和吸附位减少,降低煤对瓦斯的吸附能力,同时会引起脂肪小分子气体在煤体内不断生成,进而突破闭合孔,促使煤体孔隙连通。(2)分析了微波辐射后煤体、吸波剂溶浸-微波辐射协同处理后煤体的裂隙结构差异,揭示了微波辐射下含吸波剂煤体的孔裂隙结构演化规律。结果表明,在微波辐射下,吸波剂能够显著提高煤体的小孔、中大孔数量以及煤体分形维数、孔喉数量、孔喉长度、裂隙数量、裂隙最大宽度的增幅;吸波剂溶浸-微波辐射协同处理后煤体的孔裂隙体积增长率介于140%～325%、CT渗透率介于5.19e～5.30e,而微波辐射后煤体的孔裂隙体积增长率仅为85%,表明微波辐射下吸波剂能够强化促进煤中孤立孔向连通孔发育,提升孔隙连通性。(3)定量分析了微波辐射下含吸波剂煤体的表面温度分布以及结构损伤情况。结果表明,吸波剂溶浸作用本身会使煤体结构产生损伤,但其损伤程度较弱;在微波辐射下,吸波剂能够使煤体的表面最大温度显著增大且局部温差更大、高温区域的面积及数量大幅增加,造成煤体表面裂隙数量与宽度显著增大,从而增强微波破煤效果,其中60g/L的乙酰胺对微波破煤效果的强化能力最强。(4)高介电水溶性吸波剂强化微波破煤增透机理在于,一方面由于溶浸作用,吸波剂向煤体内部渗透,溶解煤体内可溶性分子,促使煤体孔隙新生与扩展,形成局部结构薄弱区,形成吸波剂溶浸对煤体微结构的“一次损伤”;另一方面,由于吸波剂增加了煤体中强吸波物质的含量,使煤体吸波能力增强,提高了微波加热效率,表现为煤体表面温度普遍增大、高温区域面积大幅增加,从而产生更高的热应力,加剧煤体的破坏,造成煤体孔裂隙的急剧扩展与连通,提高煤体渗透率增幅,形成对煤体微结构的“二次损伤”,其中“二次损伤”对吸波剂强化微波破煤增透的贡献占主要。该论文有图71幅,表14个,参考文献134篇,发表文章2篇

关键词：微波增透强化破煤吸波剂煤体分子结构 CT三维重构

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吸波剂含量和涂层厚度对微波吸收性能的影响

功能材料 2007年第7期38卷 1064-1066页

作者：侯进陈国华中国海洋大学化学化工学院山东青岛266100

以具有强磁损耗特性的磁粉、电阻型和电介质型物质作为吸波剂,制备出了具有阻抗渐变结构的3层复合雷达吸波涂层,研究了吸波剂用量和涂层厚度对吸波性能的影响。结果表明,增加表层、中层或底层吸波剂含量及涂层厚度,均能使吸波性能曲线... 详细信息

以具有强磁损耗特性的磁粉、电阻型和电介质型物质作为吸波剂,制备出了具有阻抗渐变结构的3层复合雷达吸波涂层,研究了吸波剂用量和涂层厚度对吸波性能的影响。结果表明,增加表层、中层或底层吸波剂含量及涂层厚度,均能使吸波性能曲线向低频端方向移动,反之,吸波性能曲线向高频端方向移动;选择适当的吸波剂含量或者一定厚度的涂层才能拓宽、加深吸波性能。制得的试样中反射损耗可达-35.74和-39.25dB,其频宽(<-10dB)分别为3.52和2.84GHz。

关键词：吸波性能吸波剂磁损耗雷达吸波涂层

低温自反应淬熄法制备微纳米钡铁氧体空心复相陶瓷微珠吸波剂

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硅酸盐学报 2014年第5期42卷 677-682页

作者：王建江娄鸿飞许宝才侯永伸高海涛机械工程学院先进材料研究所石家庄050003

以Fe(NO3)3-Ba(NO3)2-CO(NH2)2-酚醛树脂-硅烷偶联剂KH550为反应体系,采用低温自反应淬熄法结合热处理工艺,制备了微/纳米钡铁氧体空心复相陶瓷微珠。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、热分析及高速摄影技术测定了热... 详细信息

以Fe(NO3)3-Ba(NO3)2-CO(NH2)2-酚醛树脂-硅烷偶联剂KH550为反应体系,采用低温自反应淬熄法结合热处理工艺,制备了微/纳米钡铁氧体空心复相陶瓷微珠。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、热分析及高速摄影技术测定了热处理前后微纳米钡铁氧体空心复相陶瓷微珠的形貌、结构及组成,并研究了其形成机理。结果表明:热处理前空心复相陶瓷微珠粒径为0.59至27.1μm,主要为非晶态;热处理后复相陶瓷微珠由六角晶型的Ba3Fe32O51、BaFe12O19和Ba5Fe14O26组成,且表现出片晶与固溶体相互交叉的现象。特殊的试验条件使得团聚粉粒子在火焰场中飞行过程中在受热蓄能阶段、热释放阶段、后燃烧阶段与快速凝固阶段都具有不同的反应机理,从而使得尺寸细化,具有较微米级微珠不同的本征参数。

关键词：微纳米钡铁氧体空心复相陶瓷微珠低温自反应淬熄法热处理吸波剂

二氧化锰基吸波剂的真空微波成粒规律及应用性能

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中北大学学报（自然科学版） 2016年第1期37卷 55-60页

作者：连明磊缪应菊白志玲王克良六盘水师范学院化学与化学工程系贵州六盘水553004

在真空条件下用微波辐照粉末状MnO2以制备颗粒状二氧化锰基吸波剂,研究其升温过程及成粒规律.结果表明:存在决定MnO2升温成粒的临界功率点,当MnO2质量为30.0g时,其升温成粒的临界功率点为576W.在800W微波功率下,平均粒径主要为0.75mm和0... 详细信息

在真空条件下用微波辐照粉末状MnO2以制备颗粒状二氧化锰基吸波剂,研究其升温过程及成粒规律.结果表明:存在决定MnO2升温成粒的临界功率点,当MnO2质量为30.0g时,其升温成粒的临界功率点为576W.在800W微波功率下,平均粒径主要为0.75mm和0.52mm.相比空气氛围,真空条件下的成粒粒径图像向粒径增大的方向移动,且升温速率更高.认为过程分为微波诱导、MnO2分解、MnO分解、熔融成粒等4个步骤.二氧化锰基吸波剂与100.0g气化用煤以1∶3.0的质量比混合后在800 W微波场中气化的完全气化时间仅为14.9s.

关键词：微波真空吸波剂临界功率点

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新型吸波剂纳米复合α-Fe的吸波性能研究

实验技术与管理 2014年第2期31卷 31-36页

作者：廖晓莲谭新常李正南湖南农业大学科技创新中心湖南长沙410128 长沙矿冶研究院研发中心湖南长沙410012

探讨了利用天然马脾铁蛋白制备的核壳型纳米复合粉末的成分及组织结构、纳米复合α-Fe含量对电磁参数及电磁损耗的影响,以及以纳米复合α-Fe作为吸波剂的吸收性能。结果表明:利用天然马脾铁蛋白可以制备粒径均一的核壳型纳米复合α-Fe,... 详细信息

探讨了利用天然马脾铁蛋白制备的核壳型纳米复合粉末的成分及组织结构、纳米复合α-Fe含量对电磁参数及电磁损耗的影响,以及以纳米复合α-Fe作为吸波剂的吸收性能。结果表明:利用天然马脾铁蛋白可以制备粒径均一的核壳型纳米复合α-Fe,一次粒径小于12nm;随着复合α-Fe含量的增加,介电常数ε′和ε″基本上单调增加,同时有助于磁导率μ′和μ″的提高;电磁损耗单调增加,损耗中以电损耗为主,磁损耗次之。用纳米复合α-Fe作为吸波剂,可以在厘米波范围内取得较理想的吸收效果,是一种新型的、耐腐蚀性能好的纳米吸波材料。

关键词：纳米粉末 α-Fe 电磁参数电磁损耗吸波剂

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二氧化锰基吸波剂的微波成粒规律及反应机理

华中师范大学学报（自然科学版） 2015年第3期49卷 411-414页

作者：连明磊孔德顺缪应菊白志玲王克良六盘水师范学院化学与化学工程系贵州六盘水553004

用微波辐照粉末状二氧化锰以制备颗粒状二氧化锰基吸波剂,探索其升温过程及成粒规律.发现存在决定二氧化锰是否升温成粒的"临界功率点",当二氧化锰质量为30.0g时,临界功率点为580W.在740W微波功率下,平均粒径主要分布在0.52mm与0.40mm,... 详细信息

用微波辐照粉末状二氧化锰以制备颗粒状二氧化锰基吸波剂,探索其升温过程及成粒规律.发现存在决定二氧化锰是否升温成粒的"临界功率点",当二氧化锰质量为30.0g时,临界功率点为580W.在740W微波功率下,平均粒径主要分布在0.52mm与0.40mm,所占质量百分比分别为20.3%与43.9%.随微波功率升高,成粒粒径向增大的方向移动.提出了过程的反应机理,认为过程分为微波诱导、一次反应(少量)、一次反应(大量)、二次反应、成粒等5个步骤,一次反应、二次反应的临界点分别为535℃、1 870℃,且传热过程应尽量在二次反应临界点以内操作.发现中期升温速率高,前期与后期升温速率低,并对引起该现象的原因进行了分析.二氧化锰基吸波剂与煤以1∶3.0的质量比混合后在680 W微波场中气化的稳定温度达1 504℃,质量损耗率为1.11%,而相同条件下的颗粒活性炭的质量损耗率达43.78%.

关键词：微波成粒二氧化锰吸波剂临界功率点煤气化

热喷涂技术制备空心陶瓷微珠吸波剂的结构与性能研究

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铸造技术 2012年第11期33卷 1261-1264页

作者：邵景玲王建江宋代敏张宏青岛理工大学教务处山东青岛266033 石家庄军械工程学院先进材料研究所河北石家庄050003 青岛威立雅水务运营有限公司海泊河污水处理厂山东青岛266021

基于反应火焰热喷涂技术,以Al-Cr2O3-Fe-MnO2-Fe2O3-蔗糖为体系,利用Al-Cr2O3自蔓延反应体系的高放热、高活性促使Fe-MnO2-Fe2O3反应进行,以快速形成陶瓷熔滴的方法制备了由多相组成的空心陶瓷微珠吸波新材料。采用SEM、XRD对淬熄产物... 详细信息

基于反应火焰热喷涂技术,以Al-Cr2O3-Fe-MnO2-Fe2O3-蔗糖为体系,利用Al-Cr2O3自蔓延反应体系的高放热、高活性促使Fe-MnO2-Fe2O3反应进行,以快速形成陶瓷熔滴的方法制备了由多相组成的空心陶瓷微珠吸波新材料。采用SEM、XRD对淬熄产物的外观、中空结构与物相进行了表征,通过矢量网络分析仪测定了淬熄产物的电磁参数。结果表明,淬熄产物为规则空心复相陶瓷微珠,主要由Al2O3、Cr3C2、Mn2AlO4等复相组成;在0.5～18 GHz间,吸波性能小于-10 dB的频段为13.1～17.8 GHz,反射率最低达到-28.5 dB。兼具良好磁性能与电性能的组成相以及特殊的空心结构是空心复相陶瓷微珠具备良好吸波性能的主要原因。

关键词：空心复相陶瓷微珠吸波剂自反应淬熄介电损耗磁损耗

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纳米复合薄膜吸波剂的研究

电子元件与材料 2004年第6期23卷 25-27页

作者：李世涛乔学亮陈建国华中科技大学国家模具技术重点实验室湖北武汉430074

作为三种重要的革新技术之一,隐身技术已经成为两栖和电磁相结合的现代集成战争的最重要和有效的手段。特别是雷达吸波材料在隐身技术中处于举足轻重的地位。指出,纳米复合和多层吸收材料是未来雷达吸收材料的研究热点和发展方向,而有... 详细信息

作为三种重要的革新技术之一,隐身技术已经成为两栖和电磁相结合的现代集成战争的最重要和有效的手段。特别是雷达吸波材料在隐身技术中处于举足轻重的地位。指出,纳米复合和多层吸收材料是未来雷达吸收材料的研究热点和发展方向,而有效的雷达吸收涂层的涂覆方法可获得低密度、薄厚度、宽频带、强吸收的效果。

关键词：纳米复合薄膜吸波剂多层薄膜吸波材料隐身技术