Computational study of microwave heating for rock fragmentation; model development and validation

微波食品加热 多物理 材料科学 电磁辐射 机械 吸收(声学) 计算物理学 热的 介电常数 电介质 光学 有限元法 物理 热力学 复合材料 光电子学 量子力学
作者
Adel Ahmadihosseini,Amin Shadi,Mahdi Rabiei,Parham Samea,Ferri Hassani,Agus P. Sasmito
出处
期刊:International Journal of Thermal Sciences [Elsevier]
卷期号:181: 107746-107746 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2022.107746
摘要

Microwave heating can be useful in mining, tunneling and mineral processing by reducing the strength of rocks and ores. Understanding the multiphysics interaction between electric and magnetic waves on rocks due to microwave irradiation is of utmost importance in optimizing energy absorption (heating) and maximizing micro-cracks generation. In this study, a coupled electromagnetic-thermal-flow-radiation model comprising of conservation of mass, momentum, energy and Maxwell equations is derived, developed and solved using the finite element method. The model is validated against an experimental benchmark in terms of the overall heat absorption as well as the local temperature distributions over a range of operating parameters, i.e. distance from the antenna, microwave power and exposure time. Results show that the real and imaginary part of the dielectric permittivity of the rocks significantly affect the temperature distribution and intensity of the energy absorption, respectively. The energy absorption is also affected by the distance of the rocks from the antenna. Furthermore, at higher microwave energy dosages, the natural convective flow starts to develop and the effect of thermal radiation becomes more prominent, which adversely affects the energy absorption in the rock sample by more than 20% in some cases.
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