本研究考察了微波從底部饋入反應器和從側面饋入反應器時對固體催化劑的加熱效果。從微波介電加熱和熱傳導的物理規律出發，建立了兩種不同微波饋入位置時對催化劑床層加熱的模型，并通過COMSOL　Multiphysics軟件模擬分析其對加熱效果的影響。結果表明：當采用底部饋入方式進行加熱時，電磁場強度在下部分布較強很高，但在距離饋入口較遠的區域電磁場強度較低，最終得到的溫度分布均勻性較差;當采用微波從側面饋入的方式進行加熱時，催化劑床層區域的電場強度較大，且溫度分布比較均勻。

　　微波加熱是一種依靠物體吸收微波能將其轉換成熱能，使自身整體同時升溫的加熱方式，完全區別于其他常規加熱方式。微波透入介質時，由于介質損耗引起介質的溫度升高，使介質材料內部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態，大大縮短了常規加熱中的熱傳導時間，而且加熱速度快且均勻，是一種良好的加熱方式。

　　自加拿大學者Gedye等1986年發現微波可以顯著加快有機化學合成反應以來，微波加熱技術作為一種新的加熱方式越來越多的被應用于在化學及化學工程領域。在一些催化反應中，由于催化劑中的載體如Al2O3、SiO2等成分不吸收微波，微波能可以直接傳送到負載于載體表面的催化劑活性組分上，并使其自身以及吸附其上的反應物被選擇性加熱，從而加速化學反應的進行。然而，機理研究滯后，且缺乏高性能的專用微波化學反應器限制了其研究進程。如何突破這些瓶頸是近年研究的熱點。

　　不同于傳統多相催化反應體系，對于微波輔助多相催化反應過程，微波能如何被催化劑有效吸收，以及設計合適的反應器使得微波電磁場在內的分布均勻且強度較高是決定微波誘導催化反應的關鍵。由于微波加熱介質內部電磁場及溫度分布難以測定，因此借助模擬方式成為了研究這一問題的重要途徑。本文采用COMSOL　Multiphysics軟件建立了微波加熱和熱量傳遞耦合的3D模型，仿真了常用的兩種微波饋入方式下微波對催化劑區域的加熱狀況，對微波誘導氣固相催化劑的反應器設計提供了參考。

　　2.3、催化劑床層溫度隨時間變化

　　為計算兩種微波饋入方式下催化劑床層溫度隨時間的變化規律，使用軟件以固定步長對催化劑整體溫度求平均值。圖4對比了兩種不同微波饋入方式下催化劑床層溫度隨時間的變化情況。兩條曲線的斜率代表了兩種不同的微波饋入方式下對催化劑床層加熱的升溫速率。為了單純對比兩種微波饋入方式下的加熱效果，不考慮熱源向外散熱的情況，故所得到的升溫曲線接近直線。由圖中可以看到，微波側面直接饋入的傳導方式下的升溫速率以及所獲得的最高溫度均高于微波從底部饋入方式下的結果。

圖4　微波從底部饋入及微波從側面饋入時催化劑床層溫度隨時間的變化

　　3、結論

　　本文從微波介電加熱和熱傳導的物理規律出發，建立了兩種不同微波傳式下微波對催化劑床層加熱的模型，并通過理論模擬分析了兩種不同微波饋入方式對加熱效果的影響。結果表明：微波加熱過程中，最終加熱效果與微波加熱方式直接相關;當采用側面饋入的方式進行加熱時，電磁場強度在饋入口附近很高，但在距離反應器饋入口較遠的區域電磁場強度較低，最終得到的溫度分布均勻性較差;當采用微波從側面直接饋入的方式進行加熱時，催化劑床層區域的電場強度較大，且溫度分布比較均勻。因此，在使用微波對物質進行加熱的過程中，需要充分考慮微波饋入方式對加熱均勻性及加熱效果的影響。