ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №5

УДК: 537.86

Моделирование электродинамических компонентов

комплекса микроволнового пиролиза

А.А. Вихарев, Т.О. Крапивницкая, С.А. Ананичева,

А.Б. Алыева, А.В. Громов, М.Ю. Глявин, Н.Ю. Песков

ФИЦ Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН,

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Статья поступила в редакцию 23 мая 2025 г.

Аннотация. Работа посвящена разработке микроволнового комплекса с рабочей частотой 2.45 ГГц для термической переработки торфа методом пиролиза. Исследованы физические свойства верхового и низинного торфа, проведены измерения ключевых параметров, характеризующих диэлектрические характеристики. Тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость для верхового торфа составили 3.4 × 10^-2 и 1.58, а для низинного торфа 6.5 × 10^-2 и 2.76 соответственно. Предложены конструктивные элементы электродинамической системы для создания СВЧ-комплекса, позволяющего перерабатывать большой объем органического материала в процессе пиролиза, включая эффективные волноводные повороты, оптимизированный перехода от прямоугольного сечения волновода к круглому, безотражательное вакуумное барьерное окно, эллиптический преобразователь поляризации СВЧ-излучения. Для определения пространственного распределения электромагнитного поля в системе применен метод конечных разностей во временной области. Проведено трехмерное численное моделирование и оптимизация предложенных волноводных элементов системы с целью обеспечения эффективной передачи СВЧ-энергии в реактор с минимальными потерями на отражение, что способствует надежной и долговечной работе комплекса.

Ключевые слова: микроволновый пиролиз, сверхразмерный СВЧ-реактор, волноводная система передачи излучения, диэлектрические свойства торфа.

Финансирование: Работа поддержана Российским научным фондом, грант № 23-19-00763.

Автор для переписки: Крапивницкая Татьяна Олеговна, kto@ipfran.ru

Литература

1. Balasubramanian P. Emerging trends and research frontiers of biochar derived through microwave assisted pyrolysis: A scientometric review // Bioresour Technol Rep. – 2023. – Vol.24. – P. 01601. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2023.101601

2. Suriapparao D.V., Tejasvi R. A review on role of process parameters on pyrolysis of biomass and plastics: Present scope and future opportunities in conventional and microwave-assisted pyrolysis technologies // Process Safety and Environmental Protection. – 2022. – Vol.162. – P.435-462. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.04.024

3. Li L. et al. Prediction of product yields from lignocellulosic biomass pyrolysis based on gaussian process regression // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2024. – Vol.177. – P.106295. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2023.106295

4. Li J. et al. Microwave-assisted pyrolysis of solid waste for production of high-value liquid oil, syngas, and carbon solids: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2024. – Vol.189. – P.113979. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113979

5. Kappe C.O., Dallinger D., Murphree S.S. Practical Microwave Synthesis for Organic Chemists. Wiley, 2008. https://doi.org/10.1002/9783527623907

6. Zhang Y. et al. Renewable High-Purity Mono-Phenol Production from Catalytic Microwave-Induced Pyrolysis of Cellulose over Biomass-Derived Activated Carbon Catalyst // ACS Sustain Chem Eng. – 2018. – Vol.6 (4). – P.5349-5357. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00129

7. Luo J. et al. Review of microwave pyrolysis of sludge to produce high quality biogas: Multi-perspectives process optimization and critical issues proposal // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2023. – Vol.173. – P.113107. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.113107

8. Su G. et al. Microwave-assisted pyrolysis technology for bioenergy recovery: Mechanism, performance, and prospect // Fuel. – 2022. – Vol.326. – P. 24983. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124983

9. Meda V., Raghavan V. An Overview of Dielectric Properties Measuring Techniques // Canadian Biosystems Engineering / Le Genie des biosystems au Canada. – 2005. – Vol.47. – P.15-30.

10. Фомин Д.Г., Дударев Н.В., Даровских С.Н. Анализ методов измерения диэлектрических свойств материалов в СВЧ диапазоне длин волн. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.6

11. Severo S.L.S. et al. Non-resonant Permittivity Measurement Methods // Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. – 2017. – Vol.16 (1). – P.297-311. https://doi.org/10.1590/2179-10742017v16i1890

12. Nicolson A.M., Ross G.F. Measurement of the Intrinsic Properties of Materials by Time-Domain Techniques // IEEE Trans Instrum Meas. – 1970. – Vol.19 (4). – P.377-382. https://doi.org/10.1109/TIM.1970.4313932

13. Rothwell E.J. et al. Analysis of the Nicolson-Ross-Weir method for characterizing the electromagnetic properties of engineered materials // Progress In Electromagnetics Research. – 2016. – Vol.157. – P.31-47. https://doi.org/10.2528/PIER16071706

Для цитирования:

Вихарев А.А., Крапивницкая Т.О., Ананичева С.А., Алыева А.Б., Громов А.В., Глявин М.Ю., Песков Н.Ю. Моделирование электродинамических компонентов комплекса микроволнового пиролиза // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.5.8