仰韶-ⅰ微波化学实验系统设计

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1、四川大学硕士学位论文“仰韶-Ⅰ”微波化学实验系统设计姓名：李超菊申请学位级别：硕士专业：无线电物理指导教师：黄卡玛20050501四川大学硕十学位论文“仰韶一I”微波化学实验系统设计无线电物理专业研究生李超菊指导老师黄卡玛教授摘要微波化学是研究在化学中应用微波的一门新兴的前沿交叉学科，而微波化学反应器则是整个微波化学反应系统的关键，它的设计既是一个涉及多学科交叉的问题，也是一个复杂的工程问题。目前国内外都有许多生产微波专用设备的厂家进行微波化学反应器的研制，这些反应器可以对置入其中的化学反应进行有效的加热，但大多无法对反应器中反应系统的吸收功率进行精确定量，而在研究微波化学反应机理时，化学反

2、应系统吸收的微波功率起着至关重要的作用。针对该问题，本实验室采用尺寸较大的BJ一9矩形波导，设计研制了一种低成本的行波型波导反应器——“仰韶一I”微波化学实验系统。该系统工作频率为915MHz，低于另一常用的微波工业频率2450MHz，波长相对较长，因此场分布均匀区域较大。通过测量入射功率和透射功率可以对置入该反应器中的化学反应系统吸收的功率进行精确的定量分析，为深入分析微波化学反应的机理提供可靠的依据。针对本论文所分析的波导反应器，采用时域有限差分法(FDTD)分析了波导内的电磁场分布，并对稳态场进行了研究，提出了两种计算矩形波导s参数的实用方法——坡印廷矢量方法和驻波比法。并将这两种方法

3、与传输线理论计算的jsll陋行了比较，结果表明这两种方法都是可行的。本论文对所设计的波导型微波化学反应实验系统进行了数值模拟分析。计算了该反应器各开孔处的漏能，结果表明漏能远远小于ImW／cm2，泼反应系统是安全的。通过在波导中加柱状水负载，模拟了反应器中放入稀溶液化四川大学硕士学位论文学反应物时的场及功率分布情况，分析了水负载半径不同时对系统的影响。模拟结果表明水负载的半径越小，其中的场强及功率分布也就越均匀，且水中部的功率强于上F端的功率分布。对于大部分以水做溶剂的稀化学反应溶液，其复介电常数依赖于温度的变化。本文计算了不同温度下水的复相对介电常数，并对应每个温度，计算了加载烧杯半径不同

4、的水负载时，波导的s参数。计算结果表明：水的相对介电常数与s参数之间的关系较复杂，呈非线性变化。这些分析结果对微波化学反应机理的研究奠定了基础，具有重要的参考价值。关键词：微波化学反应器波导时域有限差分(FDTD)数值模拟lIMSDThesisTheDesignofMicrowaveChemicalReactor——“Yangshao—I”Major：RadioPhysicsGraduateStudent：LiChaojuAdvisor：Prof．HuangKanlaMicrowavechemistryisodeofthefastestdevelopingscientificfieldsAn

5、dmicrowavechemicalreactorplaysanimportantroleinmicrowavechemicalengineering．However,thedesignofmicrowavechemicalreactorisacomplicatedengineeringproblemanddemandsnotonlymicrowavetechniquesbutalsochemicaltheories．Sofar,variousmicrowavechemicalreactorshavebeendevNopedbyalotofmanufacturersdomesticandab

6、road．Thoughthosereactorscalleffectivelyheatthechemicalreaction，thepowerabsorbedbythereactioncannotbeobtainedexactlyinmostofreactors．However,thestudyonmechanismofmicrowavechemicalreactiondependsmuchuponthepowerabsorbedbythereaction．Tosolvethisproblem．aDoveImicrowavechemicalreactorcalled“Yangshao--I”

7、isinvestigatedinthispaper．ThatmicrowavechemicalreactionsystemisdesignedbasedorlBJ一9rectangularwaveguideandoperatesat915MHz．First，finitedifferencetimedomain(FDTD)methodisusedtocalculatetheelectromagneticfiel