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微波辐射对神木烟煤自燃倾向性的影响

煤炭转化 2022年第5期45卷 35-41页

作者：彭思仪周思博庞家葆冯乐乐中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

为揭示微波辐射对烟煤自然倾向性的影响规律及作用机制,给微波辐射在煤层增透中的安全应用提供参考,采用程序升温实验结合交叉点温度法研究了微波辐射对神木烟煤自燃倾向性的影响,采用X射线衍射法分析了煤样晶格结构在微波改性后的变化... 详细信息

为揭示微波辐射对烟煤自然倾向性的影响规律及作用机制,给微波辐射在煤层增透中的安全应用提供参考,采用程序升温实验结合交叉点温度法研究了微波辐射对神木烟煤自燃倾向性的影响,采用X射线衍射法分析了煤样晶格结构在微波改性后的变化。结果表明:微波辐射使得150℃以下煤样产生的CO与CO_(2)体积分数均大于原煤产生的CO与CO_(2)体积分数,且微波处理后生成C_(3)H_(8)的时间提前。在150℃以上,短时间(1 min)微波处理煤样的烃类气体生成趋势与原煤的烃类气体生成趋势相似,但长时间(>1 min)微波处理后,C_(2)H_(4)和C_(3)H_(8)气体产量在160℃~180℃先下降后上升,反映了气体生成路径的变化。随着微波辐射时间从0 min增大到4 min,交叉点温度先降低后升高,自燃倾向性指数先减小后增大,煤自燃风险先变大后减小,微波辐射3 min时煤样自燃风险最大。随着微波时间从0 min增大到4 min,晶面层片间距先增大后减小,石墨化程度先降低后升高;同时堆积高度先减小后增大,晶格有序性先降低后升高。

关键词：微波辐射自燃倾向性晶格结构交叉点温度法 X射线衍射

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微波辐射下含水率对混凝土力学性能影响

工程科学与技术 2021年第6期53卷 93-102页

作者：邵珠山张鹏举魏玮陈文文张宏亮西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055

微波辅助混凝土骨料回收是一项污染少、能耗低的新型绿色技术。为探究微波辐射条件下含水率变化对混凝土加热效果及强度弱化的影响规律,分析微波加热完成后混凝土内部骨料与砂浆的分离效果,采用不同加热路径对混凝土试块进行加热,获得... 详细信息

微波辅助混凝土骨料回收是一项污染少、能耗低的新型绿色技术。为探究微波辐射条件下含水率变化对混凝土加热效果及强度弱化的影响规律,分析微波加热完成后混凝土内部骨料与砂浆的分离效果,采用不同加热路径对混凝土试块进行加热,获得试块的升温特性,并利用单轴压缩试验得到不同含水率试块加热完成后的抗压强度。试验表明:微波辐射功率和含水率是影响混凝土破碎的2个重要因素;试块在含水率相对较高时,采用高功率微波连续加热混凝土,试块在短时低温下就会爆裂,骨料与砂浆分离界面明显,可以从破碎后的混凝土中剔选出较多砂浆附着率低的完整骨料。研究为微波辅助混凝土再生技术的进一步发展提供参考与借鉴。

关键词：微波辐射混凝土含水率加热效果强度弱化

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微波辐射作用下构造煤渗透率变化规律研究

太原理工大学学报 2022年第6期53卷 1004-1013页

作者：张永利涂钰滢董毓斌马玉林辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

基于自主知识产权的微波辐射三轴加载实验系统,设计煤样在不同微波辐射功率、辐射时间及有效应力作用下的渗流实验,分析影响煤样渗透率的关键因素,并对实际构造煤层内渗透情况进行合理预测。以温升实验为基础得到煤样表面温度、辐射功... 详细信息

基于自主知识产权的微波辐射三轴加载实验系统,设计煤样在不同微波辐射功率、辐射时间及有效应力作用下的渗流实验,分析影响煤样渗透率的关键因素,并对实际构造煤层内渗透情况进行合理预测。以温升实验为基础得到煤样表面温度、辐射功率及辐射时间的拟合公式。分析渗透率的主要影响因素:有效应力、辐射功率,并对其进行敏感性分析。以能耗比的方式分析辐射功率与辐射时间的协同增渗情况,得出应选择较高微波辐射功率增渗的结论。通过辐射功率、辐射时间与有效应力对煤样渗透率影响的分析,使微波辐射增渗机理更加明确,对微波辐射热采技术具有理论参考及产能预测的指导作用。

关键词：构造煤微波辐射渗透率应力敏感性能耗比

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微波辐射无皂乳液聚合法制备PS微球

工程塑料应用 2022年第3期50卷 73-79,95页

作者：贾慧灵梁梦颢吴锦绣谭心胡金豹内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古自治区稀土湿法冶金与轻稀土重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010

采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯(PS)微球,以微波辐射加热方式代替传统油浴或水浴加热方式,研究了聚合体系中引发剂过硫酸钾的浓度、交联剂二乙烯苯与稳定剂α-甲基丙烯酸的体积比、微波功率大小对PS微球形貌、粒径及其分布的影响。结... 详细信息

采用无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯(PS)微球,以微波辐射加热方式代替传统油浴或水浴加热方式,研究了聚合体系中引发剂过硫酸钾的浓度、交联剂二乙烯苯与稳定剂α-甲基丙烯酸的体积比、微波功率大小对PS微球形貌、粒径及其分布的影响。结果表明,较传统加热方式,微波辐射加热方式极大地改善了PS微球的球形度和表面形貌。PS微球粒径随着引发剂浓度的增加呈现减小的趋势,随着交联剂与稳定剂体积比及微波功率的增加均呈现先减小后增大的趋势。当引发剂浓度为6.06×10^(-3) mol/L、交联剂与稳定剂体积比为2∶1、微波辐射功率为300 W时所制备的PS微球表面光滑、球形度高、粒径分布均匀,平均粒径约为240 nm。PS微球表面带负电荷且分散性良好,并通过Hertz接触理论计算得到PS微球的压缩弹性模量约为2.75 GPa。

关键词：聚苯乙烯微波辐射无皂乳液聚合粒径分布压缩弹性模量

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微波辐射强化焦炭还原NO的反应机制

哈尔滨工业大学学报 2021年第1期53卷 46-54页

作者：冷浩张天航徐力张宇杜谦高建民吴少华哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 燕山大学车辆与能源学院河北秦皇岛066000

为探索高效、廉价的燃煤工业锅炉脱硝技术,以适宜工业应用的苹果木热解焦炭和热解兰炭作为NO还原剂,在微波反应系统中研究微波辐射对两种样品还原NO能力的影响,并结合红外测温实验,以及两种样品的孔隙结构、热重反应性等理化性质,对还... 详细信息

为探索高效、廉价的燃煤工业锅炉脱硝技术,以适宜工业应用的苹果木热解焦炭和热解兰炭作为NO还原剂,在微波反应系统中研究微波辐射对两种样品还原NO能力的影响,并结合红外测温实验,以及两种样品的孔隙结构、热重反应性等理化性质,对还原实验结果进行分析.研究结果表明:和热解兰炭相比,苹果木热解焦炭的孔隙结构更加发达,BET比表面积和孔容积更大,易于着火,燃烧反应速度较早达到最大值,并最先燃尽;但其燃烧剧烈强度、前期反应能力、可燃性以及燃烧性能偏弱.未施加微波时,苹果木热解焦炭对NO的还原能力强于热解兰炭;施加微波后,两种样品还原NO的能力较未施加微波时均有所增强;微波辐射有效促进了焦炭对NO的还原,且这种促进效果和微波功率成正比关系;微波辐射对热解兰炭的NO还原的促进效果较苹果木热解焦炭明显.红外测温实验结果表明,经过不同功率的微波辐射后,两种样品表面温度均有不同程度的提高,说明微波具有明显的热效应,促进了焦炭对NO的还原.

关键词：焦炭 NO 微波辐射孔隙结构反应性热效应

微波辐射和浸种对华山松种子生活力和发芽的影响

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西南林业大学学报（自然科学） 2023年第5期43卷 23-30页

作者：张合瑶马福仙李莲芳顾梦刘娴李小军周冬梅西南林业大学林学院云南昆明650233

为了解微波辐射和清水2因素不同水平组合对华山松种子吸水、生活力和种仁发芽率的影响,以及微波辐射结合清水和GA_(3)溶液浸种3因素对华山松种子发芽率的影响,采用L^(9)(3^(4))正交设计开展试验实施。结果表明:微波辐射和清水浸种处理... 详细信息

为了解微波辐射和清水2因素不同水平组合对华山松种子吸水、生活力和种仁发芽率的影响,以及微波辐射结合清水和GA_(3)溶液浸种3因素对华山松种子发芽率的影响,采用L^(9)(3^(4))正交设计开展试验实施。结果表明:微波辐射和清水浸种处理组合的种子生活力、种子、种仁和种壳吸水率分别为75.3%~88.0%(CK的为94.7%)、6.63%~10.44%、15.00%~23.80%和0.98%~4.87%,处理组合间种子和种仁吸水率均具有极显著的差异(P微波辐射和清水浸种时间的交互作用,影响种子和种仁吸水率的则是清水浸种时间;测定(TTC法)的和未测定生活力的种仁发芽率分别为4.0%~22.8%和52.7%~90.0%,CK的为4.7%和60.0%,微波辐射是影响种仁发芽率的主导因子。微波辐射结合清水和GA_(3)溶液浸种的组合,种子场圃发芽率为56.0%~71.6%(CK的为56.0%),清水和GA_(3)浸种的交互作用是影响种子场圃发芽率的主导因子。微波辐射和清水浸种的组合降低种子生活力。清水浸种8 h时,种子吸水基本达到饱和;微波辐射15 s,清水浸种12 h后0.05 g/L GA_(3)溶液浸种,提高华山松种子场圃发芽率,可应用于生产实践。

关键词：华山松微波辐射浸种生活力种子吸水发芽率

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微波辐射对煤氧化反应动力学特性的影响研究

微波辐射对煤氧化反应动力学特性的影响研究

作者：周思博中国矿业大学

学位级别：硕士

微波辐射有助于促进煤中瓦斯解吸与渗流,被认为是强化瓦斯抽采的有效措施。然而已有案例表明,煤经微波处理后自燃风险可能增大,因此在微波辐射真正用于煤矿井下之前,需要明确微波辐射对煤自燃特性的影响。由于煤自燃主要与氧化放热和蓄... 详细信息

微波辐射有助于促进煤中瓦斯解吸与渗流,被认为是强化瓦斯抽采的有效措施。然而已有案例表明,煤经微波处理后自燃风险可能增大,因此在微波辐射真正用于煤矿井下之前,需要明确微波辐射对煤自燃特性的影响。由于煤自燃主要与氧化放热和蓄热条件有关,本文重点关注微波辐射对煤氧化反应动力学特性的影响规律及作用机制,通过实验测试、数值模拟与理论分析相结合的方式,探究微波加热参数对煤温度响应特征的影响,分析不同微波时间作用后煤的氧化特性,揭示微波辐射作用下煤微观结构演化过程及其与氧化特性的关联,为微波辐射在煤矿井下安全应用提供科学依据。(1)基于电磁场与传热场的耦合机理,构建了模拟煤粉对微波辐射响应的三维数值模型,通过变形几何添加旋转域,基于开发的模型研究了影响微波加热的关键因素,数值模拟结果表明:微波时间和功率以及样品位置和质量均会影响煤样终温的大小;煤样的质量和加热盘是否处于旋转状态还会对煤样温度分布的均匀性产生影响;在本文后续微波加热实验中,应保持样品质量较小并使加热盘处于旋转状态,从而保障煤样温度分布的均匀性和测试的可重复性。(2)通过程序升温实验研究原煤与微波改性煤的低温氧化特性,分析了微波辐射对煤耗氧特性、气体产物、放热强度、交叉点温度和自燃倾向性判定指数的影响,结果表明:从整体上看,经过微波改性后,三种煤样CO的浓度和生成速率均更高,神木不粘煤和平禹瘦煤的烷烃和烯烃气体生成量更大,随着微波辐射时间的延长,三种煤样的耗氧能力和放热强度均先升高后降低,交叉点温度和自燃倾向性判定指数均先降低后升高,原煤水分含量越大的煤样经微波辐射后交叉点温度和自燃倾向性判定指数的变化幅度也越大。(3)通过TG-DSC联用同步热分析实验研究原煤与微波改性煤的高温氧化特性,分析了微波辐射对煤热重与热流曲线、特征温度、燃烧特性参数、放热量和高温氧化阶段表观活化能的影响,结果表明:从整体上看,随着微波辐射时间的延长,三种煤样的燃点T上升,燃烧特性参数S下降,放热量H上升,高温氧化阶段的表观活化能E先上升后下降,其中水分含量较高的神木不粘煤在微波时间较短时出现了燃烧特性参数S较原煤有所增大和表观活化能E略低于原煤的情况。(4)通过氮气吸附实验和傅里叶红外光谱实验研究原煤与微波改性煤的结构特征,分析了微波辐射对煤孔隙形态、孔径分布、比表面积、孔体积、平均孔径和官能团结构特征参数:A-/A-O-、A/A、A-/A-、A/A的影响,结果表明:对于孔隙结构参数,从整体上看,随着微波辐射时间的延长,三种煤样的比表面积和孔体积均先增大后减小,平均孔径先减小后增大,并且原煤水分含量越大的煤样经微波辐射后孔隙结构参数的变化幅度也越大。对于官能团结构特征参数,就A/A而言,神木不粘煤和平禹瘦煤随微波时间先增大后减小,而白羊岭无烟煤逐渐减小;就A/A和A/A而言,三种煤样均随微波时间逐渐减小;就A/A而言,神木不粘煤和平禹瘦煤随微波时间先增大后减小,白羊岭无烟煤整体上呈减小趋势。(5)结合微波辐射前后煤氧化特性和结构特征的变化趋势,分析了微波辐射对煤低温和高温氧化特性的影响机制。在低温氧化特性方面,对于神木不粘煤和平禹瘦煤,微波辐射改变了煤的孔隙结构和A/A从而使其低温氧化性随微波辐射时间先增强后减弱;对于白羊岭无烟煤,经微波改性后,相较于A/A的改变,孔隙结构的改变对于低温氧化特性起主导作用,从而使其低温氧化性随微波辐射时间先增强后减弱。在高温氧化特性方面,微波辐射改变了三种煤的A/A和A/A,从而使燃点T随微波辐射时间逐渐升高;而高温氧化阶段的表观活化能E受到A/A、A/A和A/A变化的共同影响,随微波辐射时间整体表现为先增大后减小的非单调趋势。该论文有图72幅,表21个,参考文献140篇。

关键词：微波辐射煤自燃特性氧化反应动力学孔隙结构官能团

微波辐射下煤体分级热响应及致裂增透特性研究

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微波辐射下煤体分级热响应及致裂增透特性研究

作者：钟玉婷中国矿业大学

学位级别：硕士

我国煤层气（瓦斯）储量丰富,但煤层低渗透性制约了煤炭的清洁利用以及煤层气的规模化开发,从而影响国家实现碳达峰、碳中和目标的发展进程。通过人为扰动改变煤层结构能够促进煤层增透,从而强化瓦斯抽采。考虑到微波辐射煤体的热效应... 详细信息

我国煤层气（瓦斯）储量丰富,但煤层低渗透性制约了煤炭的清洁利用以及煤层气的规模化开发,从而影响国家实现碳达峰、碳中和目标的发展进程。通过人为扰动改变煤层结构能够促进煤层增透,从而强化瓦斯抽采。考虑到微波辐射煤体的热效应能造成煤体损伤,从而有利于瓦斯运移,因此本文以微波循环实验为基础,借助物理实验和理论分析手段,研究了微波辐射下煤体分级热响应及增透特性,得到以下主要成果:首先,探究了微波辐射作用下煤体热失重特性,发现煤样在微波场中呈现出三个温度变化阶段:快速升温、减速升温和加速升温阶段。同时也呈现出两个质量损失阶段:快速失重和减速失重阶段。升温和失重存在相互对应阶段;微波加热过程中,煤样内部束缚水减少率的变化量由快速趋于平缓,反映出微波辐射下煤中水分热响应先快后慢,而煤中矿物质流失则是先慢后快,同时水分脱除和矿物质流失与升温、失重速率变化过程相互对应,发现微波辐射下煤体分级热响应,分为水分热响应主控阶段和矿物质热响应主控阶段。其次,阐述了微波辐射下煤体分级热响应规律,在水分热响应主控阶段（温度范围为200℃以下）,大量水分受热蒸发,产生气体压力,致煤样孔隙破裂,同时气压差推动水分迁移,造成孔隙扩张、裂隙延伸;在矿物质热响应主控阶段（温度高于200℃）,煤中矿物质吸收微波能,成为热点,导致矿物脱除孔隙崩解,热应力作用下裂隙扩展并贯通孔隙;水分和矿物的迁移导致孔、裂隙的大量生成,而孔、裂隙的发育为水分的脱除和矿物质的流失提供通道。然后,探讨了微波辐射下煤体分级热响应过程中煤样物性结构的演化规律。微波加热过程中煤体分级热响应阶段,煤样含氧官能团呈减少趋势,脂肪结构受热逐渐分解,脂肪侧链缩短,煤样环构化、芳构化程度提高;脂肪侧链及小分子结构的脱落可能是导致煤体微孔减少、闭合孔隙打开、孔隙连通性增强的重要原因。同时,微波辐射下煤体的热效应导致煤体碳分子结构致密程度加深,煤样晶体结构不断成熟向石墨化发展,从而降低瓦斯吸附能力。煤中水分在微波辐射作用下发生迁移,矿物质发生脱落与流失,使得煤体内部形成更多的孔洞和小裂纹,增强煤体内部的孔间连通性;同时发现,在矿物质热响应主控阶段,煤体总体积和孔隙率增加量,以及比表面积减少量比水热响应主控阶段少。微波辐射提高裂隙几何参数以及分形维数,使得裂隙网络能加丰富;微波的持续作用下,煤体结构损伤程度不断加剧,煤样的累计损伤量大致呈快速、平缓、加速三个发展阶段;重构微波辐射下煤体分级热响应过程中煤体内部的孔裂隙结构,微波作用后,SM和YC煤样的孤立孔裂隙减少为原煤的0.5倍左右,全孔裂隙增加为原来的2倍左右,煤体裂隙连通性得到改善。最后,研究了微波辐射下煤体分级热响应阶段煤样瓦斯吸附、解吸、渗流特性,通过瓦斯吸附实验,发现微波作用后,煤样含氧官能团减少,导致煤体瓦斯吸附能力降低;通过瓦斯解吸实验,发现微波辐射后瓦斯束缚阻力减少,瓦斯解吸量增加,解吸速率加快,煤样的瓦斯累积解吸量均在微波作用下煤中水热响应主控阶段快速上升,而在矿物质热响应主控阶段开始减慢;通过渗透率实验以及对微波辐射后煤样的孔裂隙结构三维重构进行流线场模拟,发现微波作用后,煤样渗透率增加,流体运移通道得到改善。本文所取得的研究成果进一步完善了煤体在微波场中的热响应及致裂增透特性的理论,为微波注热强化低渗煤层瓦斯高效抽采的工程应用奠定理论基础。研究生期间发表核心期刊论文1篇,申请发明专利5项,其中授权3项。本论文共有图55幅,表4个,参考文献118篇。

关键词：微波辐射分级热响应分子结构孔裂隙结构致裂增透

微波辐射磁铁石英岩的动力学性能及能耗特征分析

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微波辐射磁铁石英岩的动力学性能及能耗特征分析

作者：张震华北理工大学

学位级别：硕士

为探究微波辅助破岩方法在岩石开挖过程中的机理,以磁铁石英岩为研究对象,采用微波辐射与霍普金森杆为试验工具,研究了微波辐射后磁铁石英岩动力学性能、破坏模式、能量耗散规律及破碎能耗与粒度之间的关系。1)冲击气压和围压条件对微... 详细信息

为探究微波辅助破岩方法在岩石开挖过程中的机理,以磁铁石英岩为研究对象,采用微波辐射与霍普金森杆为试验工具,研究了微波辐射后磁铁石英岩动力学性能、破坏模式、能量耗散规律及破碎能耗与粒度之间的关系。1)冲击气压和围压条件对微波辐射后磁铁石英岩的动力学特征影响强烈。相同冲击气压不同围压条件下,微波预损伤越大,峰前曲线发生“突变”的时间越短,峰后“应变回弹”现象越不明显;相同围压不同冲击气压条件下,磁铁石英岩的最大应变随冲击气压的增大而减小,微波辐射参数改变时会出现无“应变回弹”或发生峰前“应力突变”现象。2)动静组合加载下微波辐射后磁铁石英岩的破坏模式有较大变化。未经微波辐射磁铁石英岩的破坏模式多为压剪或轴向劈裂,微波辐射后磁铁石英岩的破碎形态与微波预损伤的程度、动荷载强度、围压条件有关,且其组合形态更为多样。3)微波辐射预损伤与微波辐射后磁铁石英岩的能量耗散率呈正相关,磁铁石英岩微波辐射预损伤越大,其能量耗散率越大;而围压条件则与微波辐射后磁铁石英岩的能量耗散率呈负相关,施加围压会阻碍磁铁石英岩预损伤的演化,增大其波阻抗,导致其能量耗散率降低;微波辐射后磁铁石英岩的能量利用率要优于未受微波辐射的磁铁石英岩。4)构建了基于分形理论的微波辐射预损伤磁铁石英岩冲击破碎块度和破碎能耗的关系模型。图28幅;表15个;参75篇。

关键词：微波辐射动力学破坏模式破碎能耗破碎粒度