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耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 324-334页

作者：葛腾泽王创业刘猛刘丹璐高尔斯吴松袁淑霞樊玉光中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性... 详细信息

煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性,基于煤炭地下气化生产工艺和微波加热技术特点,创新提出了耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺设计,将气化剂和微波发生器产生的微波经由连续油管注入到地下煤层并在目标气化区释放。通过理论分析和实验研究,从微波的产生、传输、释放、与煤层作用、以及产业发展模式等方面分析了该工艺设计在工程实践中面临的难题和解决方案。研究结果表明,耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺在技术上是可行的;在煤炭地下气化过程中加热煤层所需的热量较大,大功率磁控管可以满足工业生产规模需求;微波能够通过双层连续油管镀铜的内管外壁和外管内壁间的环形空间远距离传输到地下煤层;微波频率越高,微波功率衰减越快,2450 MHz和915 MHz频率微波在双层连续油管中传输500 m时,其功率分别衰减至15.6%和32.1%,中深层煤炭地下气化应选用较低频率来远距离、低损耗输送微波;在双层连续油管前端的外管壁面上按一定规则割开缝隙,形成微波释能器,将微波从管线中泄漏出来辐射煤层;原煤在干燥、热解和燃烧阶段都能够较好地吸收微波能而被加热,在有氧条件下煤样温度升高到587℃时焦炭被点燃,最高温度可达1080℃;风光电−储能−煤炭地下微波气化融合产业模式能够充分利用绿色能源,实现中深层煤炭清洁高效原位开采。研究能够为微波辅助煤炭地下气化提供理论基础和技术支持。

关键词：煤炭地下气化注入点可控后退微波加热注入井系统

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多物理场下超薄吸波磨耗层微波加热性能研究

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 648-658页

作者：彭东黎张细和丁俊剑刘小明刘旭湖南交通职业技术学院路桥工程学院湖南长沙410132 中国电建集团贵阳勘测设计院有限公司贵州贵阳550081 湖南省通和工程有限公司湖南长沙410121 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南省醴潭高速公路建设开发有限公司湖南株洲412000

微波加热技术在沥青路面除冰中的应用得到了广泛的关注,然而目前多对沥青路面整体进行微波加热增强,从而导致路表加热效率提升缓慢。为了进一步提高沥青路面路表的微波加热性能,采用碳化硅(SiC)微波增强集料制备了一种超薄吸波磨耗层,... 详细信息

微波加热技术在沥青路面除冰中的应用得到了广泛的关注,然而目前多对沥青路面整体进行微波加热增强,从而导致路表加热效率提升缓慢。为了进一步提高沥青路面路表的微波加热性能,采用碳化硅(SiC)微波增强集料制备了一种超薄吸波磨耗层,通过微波加热以及除冰试验分析了超薄吸波磨耗层的微波加热性能以及加热耐久性,确定了超薄吸波磨耗层的最佳厚度。并采用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了多物理场沥青混凝土微波加热模型,分析了超薄吸波磨耗层的设置对微波加热过程中电磁场的强度与分布以及温度场的影响。研究结果表明:在2.45 GHz频率的微波加热下,超薄吸波磨耗层具有良好的微波加热性能,10 mm厚的超薄吸波磨耗层的微波加热效率相比于普通沥青混合料以及整体微波增强的沥青混合料提高了4.47倍和1.40倍。SiC稳定的微波吸收性能保证了超薄吸波磨耗层具有良好的微波除冰耐久性,在经过反复的微波加热除冰后超薄吸波磨耗层的除冰时间仍然可以保持在45 s左右。数值仿真模拟结果表明超薄吸波磨耗层较强的微波吸收能力可以局部增强试件表层的电磁场强度,从而使更高的温度分布在试件表层。超薄吸波磨耗层内部的电场强度和磁场强度分别比普通沥青混合料试件提高了50.9%和15.7%。综上可知,超薄吸波磨耗层的设置可以提高沥青路面表面的微波加热性能。

关键词：沥青混凝土微波加热超薄吸波磨耗层温升速率多物理场

氮化硼的介电特性及其在微波加热中的热透波性能

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 118-128页

作者：张利尚小标白永珍李广超肖利平济宁学院机电工程学院山东曲阜273155 昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 非常规冶金教育部重点实验室云南昆明650093 微波能工程应用及装备技术国家地方联合工程实验室云南昆明650093

耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响,所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象,通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域(25~1 000℃)介电... 详细信息

耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响,所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象,通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域(25~1 000℃)介电特性,采用传输线理论计算了氮化硼陶瓷的功率透过系数,并对其介电常数、介电损耗因子等参数的温度特性进行了分析。研究表明:25~1 000℃,两种频率下的介电常数变化幅度较小,介电常数仅变化了1.8%左右;两种频率下的介电损耗因子随温度呈波动性变化,900℃之后都呈指数增长的趋势。微波在氮化硼陶瓷中的波长和穿透深度均随温度的增加呈现下降趋势;当频率增大时,穿透深度随频率的增大而减小。氮化硼陶瓷的透波性能在两种极化模式下存在明显差异,水平极化(TM)明显高于垂直极化(TE)。当频率为915 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.08 m左右作为优化材料厚度,同时以入射角度在θ_(i)≤67°范围内入射具有良好的透波性能(PTC≥0.7)。当频率为2 450 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.06 m作为优化材料厚度,在TE极化模式中应优先考虑微波入射角度在θ_(i)≤58°范围内入射,在TM极化模式中建议入射角度θ_(i)≤77°入射具有较好的透波效果(PTC≥0.9)。本研究对微波加热设备内炉衬材料的选择、工艺参数的设定以及有效提高微波能的利用率具有重要的现实指导意义。

关键词：微波加热氮化硼透波性能介电常数耐火结构

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微波加热技术在核工业中的应用研究进展

应用化工 2024年第5期53卷 1166-1169,1174页

作者：李元奎赵刚李豪杰核工业理化工程研究院天津300180 粒子输运与富集技术全国重点实验室天津300180 石河子大学化学化工学院化工绿色过程兵团重点实验室新疆石河子832003

简述了微波加热的基本原理,综述了微波加热在辅助浸取铀矿物、二氧化铀陶瓷芯块烧结、硝酸盐热解脱硝、放射性废物处理、放射性元素分析前处理等核工业中的应用研究进展,指出了微波加热技术在核工业中应用所面临的主要问题和挑战,展望... 详细信息

简述了微波加热的基本原理,综述了微波加热在辅助浸取铀矿物、二氧化铀陶瓷芯块烧结、硝酸盐热解脱硝、放射性废物处理、放射性元素分析前处理等核工业中的应用研究进展,指出了微波加热技术在核工业中应用所面临的主要问题和挑战,展望了未来的研究发展方向和应用前景。

关键词：微波加热核工业微波脱硝放射性

基于三维随机集料的钢渣沥青混合料微波加热和冷却过程温度模拟

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北京工业大学学报 2024年第4期50卷 466-477页

作者：陈雪琴万保才王宇豪董侨姚辉南京理工大学土木工程系南京210094 安徽淮南平圩发电有限责任公司淮南232089 东南大学交通学院南京211189 北京工业大学城市建设学部北京100124

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试... 详细信息

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试件(PAC-B)、普通钢渣粗集料试件(PAC-US)及改性钢渣粗集料试件(PAC-MS)3种沥青混合料在连续微波加热和冷却过程的温度分布,并将数值模拟结果与室内试验相互验证。结果表明:无论是加热过程还是冷却过程,沥青砂浆的表面温度分布区域与集料表面温度分布区域均一致,且集料表面的最高温度要大于沥青砂浆的表面最高温度,说明集料吸波能力强于沥青砂浆。在冷却过程中,集料向沥青砂浆传导热量,二者之间温差不断减小。对于同一种试件,集料(2.36~4.75 mm、4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm)粒径在4.75~9.50 mm范围内的体积平均温度最高。加热和冷却过程中,2种钢渣集料试件PAC-US、PAC-MS温度均高于PAC-B。将非均质数值模拟结果与室内试验结果对比,二者吻合度较好,用非均质模型模拟微波加热与冷却过程温度具有可行性。

关键词：钢渣三维随机集料沥青混合料微波加热冷却温度数值模拟

微波加热对纳米铁粉的磁性和微波吸收性能影响

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安徽大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王龙森戴鹏王佩红汪忠柱安徽大学材料科学与工程学院

将纳米铁粉(Fe，粒径50-150 nm)置于家用微波炉中微波加热10分钟，一些样品中纳米铁粉没有出现明显的氧化(编号为MS-Fe)，另一些样品中还同时出现了Fe2O3和Fe3O4两种氧化物(编号为MS-Fe@FexOy)。对它们的微结构、相变、磁性能和微波吸... 详细信息

将纳米铁粉(Fe，粒径50-150 nm)置于家用微波炉中微波加热10分钟，一些样品中纳米铁粉没有出现明显的氧化(编号为MS-Fe)，另一些样品中还同时出现了Fe2O3和Fe3O4两种氧化物(编号为MS-Fe@FexOy)。对它们的微结构、相变、磁性能和微波吸收特性进行了详细地对比研究。Fe、MS-Fe以及MS-Fe@FexOy三个样品在室温下的饱和磁化强度(Ms)分别为217.18 emu/g、233.63 emu/g和120.65 emu/g，它们的矫顽力(Hc)分别为126.15 Oe、127.1 Oe和53 Oe。采用矢量网络分析仪研究了样品粉末与石蜡混合物(粉末质量占比70%)在2-18 GHz的微波吸收性能。在涂层厚度1.5 mm时，Fe、MS-Fe以及MS-Fe@FexOy三个样品的吸波带宽(RL微波吸收性能，根据它们的阻抗匹配、介电损耗和磁损耗，讨论了各自的微波吸收特性变化规律。

关键词：微波加热纳米铁粉饱和磁化强度微波吸收磁导率

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钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征

钢铁研究学报 2024年第2期36卷 245-255页

作者：侯新凯汤雨怡习珍通武萌詹华西安建筑科技大学材料科学与工程学院陕西西安710055

以钢渣为研究对象,通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)和光学显微分析等研究方法,探究了在微波加热过程中熔融温度、保温时间、降温速率和结晶温度对钢渣中RO相晶体生长的影响,获得了钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征。研究结果表明:钢渣... 详细信息

以钢渣为研究对象,通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)和光学显微分析等研究方法,探究了在微波加热过程中熔融温度、保温时间、降温速率和结晶温度对钢渣中RO相晶体生长的影响,获得了钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征。研究结果表明:钢渣熔融温度为1400℃;降温过程中,RO相的平均粒径随着降温速率的减小而增大,但降温速率过低会导致晶体粒径尺寸分布不均匀。降温速率为1℃/min时,RO相晶体的粒径分布均匀且晶界清晰,结晶温度降低,RO相晶体平均粒径先增加后减小;结晶温度为1180℃时,RO相晶体的平均粒径达到最大值,RO相晶体粒径从26μm长大到43μm,是原晶体平均粒径的近2倍,实现了钢渣中RO相晶体粒径的长大,且晶体形貌完整、晶界分明。微波处理后钢渣分选精矿中全铁(TFe)含量提高至原钢渣分选后精矿的1.2倍。

关键词：钢渣 RO相微波加热结晶温度晶体生长

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催化剂颗粒排列方式对微波加热效果的影响

化工进展 2024年

作者：孙建辰杨捷孙会东李军牛俊敏廖逸飞任俊颖商辉中国石油大学(北京)化学工程与环境学院中国石油规划总院

根据实际实验装置建立了三维、瞬态的气固两相固定床微波加热模型，对4种不同的催化剂颗粒堆积方式(简单、菱形、立方、六方)下的微波加热效果进行了模拟计算，且考虑了入口气速以及微波加热功率的影响。结果表明：微波加热下固定床反... 详细信息

根据实际实验装置建立了三维、瞬态的气固两相固定床微波加热模型，对4种不同的催化剂颗粒堆积方式(简单、菱形、立方、六方)下的微波加热效果进行了模拟计算，且考虑了入口气速以及微波加热功率的影响。结果表明：微波加热下固定床反应器的传热效果得到了强化，在4种堆积方式中菱形堆积的升温速率及所达温度都明显高于其余三种堆积方式。微波场的作用效果具有一定方向性，沿z轴方向的电场强度最高，在颗粒接触点之间的热点效果明显。在水平方向上，垂直于微波馈入口的y轴方向未形成强电场。以菱形堆积模型为基准对入口气速和微波功率的计算结果表明：入口气速会改变加热速率及达到平衡温度的时间，而微波功率则仅对最终温度产生影响，随着入口气速的增大，颗粒之间的温度差异降低。为解决常规固定床反应器在强吸热反应中传热效率差的问题提供了基础支持。

关键词：固定床传热数值模拟颗粒堆积微波加热

旋转叠加翻转运动对肉制品微波加热效果的仿真研究

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食品与发酵工业 2024年

作者：郭鹏飞郑海波徐文星高雨欣熊国远李景军甄宗圆安徽科技学院食品工程学院

为提高酱卤肉制品微波加热的均匀性，该文提出采用旋转过程中叠加翻转运动的方式使肉制品上下层吸收模式发生改变，并借助COMSOL Multiphysics仿真软件对电磁场与传热等三维多物理场进行了耦合数值模拟，构建了旋转叠加翻转的几何运动... 详细信息

为提高酱卤肉制品微波加热的均匀性，该文提出采用旋转过程中叠加翻转运动的方式使肉制品上下层吸收模式发生改变，并借助COMSOL Multiphysics仿真软件对电磁场与传热等三维多物理场进行了耦合数值模拟，构建了旋转叠加翻转的几何运动仿真模型。在此基础上，通过将微波加热过程中电场分布、温度分布和电磁功率损耗密度状态可视化，解析了翻转运动改善肉制品在微波场中加热均匀性的规律。结果表明，该研究所构建的仿真模型预测值与实际测量值高度吻合，均方根误差值低于5%，表明该模型能有效反映微波加热时旋转叠加翻转对肉制品升温效果的影响。从模型的温度场拟合结果来看，翻转前后肉制品的温度均匀系数增大并趋于稳定，同时热区分布值降低，说明翻转运动可以有效改善微波热量过于集中的情况；从模型的电场拟合结果来看，翻转运动可以改善肉制品上下层的电场分布均匀性，促进微波能均匀吸收，避免产生边角集中效应。因此，多物理场仿真模型能有效反映旋转叠加翻转运动对肉制品微波加热效果的影响，且仿真结果表明转叠加翻转运动可明显改善肉制品的微波加热效果。

关键词：旋转翻转微波加热均匀性仿真建模