微波场中动力波耦合高温反应过程的研究

面对资源逐渐枯竭，能源日趋紧张，探索处理矿产资源高温过程的强化新途径，对于贫矿资源的有效利用和节能减排有重大战略意义。本项目研究动力波，微波场和高温化学反应的多场耦合特性。利用在反应和流体运动出现的动力波现象分隔氧化和还原空间以避免副反应发生，同时热辐射和微波可以穿越波面耦合实现能量传递。课题以选定物系为对象，通过计算机模拟和冷热态实验，研究动力波过程的空间参量分布、动态稳定条件与非线性混沌现象及宏观反应动力学。并进一步研究物质在高温中结构变化与介电谱变化，探索高温状态中物质的微波极化规律、频率响应及化学反应强化规律，同时将微波效应与动力波反应器相联系，研究微波与反应过程的多重耦合的条件与强化反应过程，试图为加速高温反应找到一条新路。这一新型反应过程的研究，不仅对于实现环境友好的化工过程具有重要的应用价值，而且在场协同化学反应理论及相关领域的研究也有重要的学术意义。

本课题重点研究了高温条件下动力波流化床特性及高温下物质与微波场之间的耦合过程。项目通过计算机模拟研究了流场中的流体力学特性和动力波界面情况，并在冷态二维过程考察了流场中颗粒分级现象并发现了涡旋摆动效应。项目还以工业物料的处理为应用背景，研究了热态条件下动力波流化床的反应过程，为工业应用提供了基础。并在分子结构水平上采用分子动力学和量子化学的理论研究了物质在热过程中的分子群团的膨化变异及对外场的响应特点，并对共振微波场中的热反应进行了探索，取得了一定的进展。研究表明，通过动力波耦合可以较好地隔绝反应中的氧化和还原空间，为在同一反应器中的两个空间热耦合提供了可能性，为处理一大类复杂反应体系和节能开创了较好的思路，对于资源处理过程中难反应高温体系具有较好的应用价值。同时初步揭示了微波场对高温物系的强化作用规律，并有可能在进一步研究中对于化学反应的机制提出一些新的理论。