与传统加热过程比较，微波辅助有机合成的优势在于加快反应速率、提高产率和改变化学选择性。研究者们将这种常规加热无法重现的现象称为非热效应，但关于非热效应的存在性一直争论不休，至今微波促进合成反应的作用机理尚不清楚。总结了微波技术在有机合成和化工分离过程的应用进展，综述了近年来国内外对微波热效应与非热效应的研究进展，阐述了微波效应的实例分析以及理论观点，同时，对微波在工业化过程的发展进行了分析与展望。

通过分子动力学模拟考察微波电场对不同水含量甘油溶液中氢键的影响。研究发现：甘油含量高时，甘油分子在溶液中以较大的团簇结构存在，水分子以较小的团簇结构或游离状态存在，电场作用下，大的甘油分子团簇变成较小的团簇并且变得更加有序；随着电场强度继续增加，甘油分子整体结构变化不大，但是团簇结构边缘甘油分子氢键断裂，变成游离状态。对于水分子而言，其较小的团簇结构在电场作用下被打开，团簇结构消失，水分子在电场方向上整齐排布，且电场强度继续增大，其结构变化不大，同样个别水分子氢键断裂变成游离状态。因此，甘油浓度高时，水分子间氢键数减少，甘油分子氢键数先增大后略微减少；甘油浓度低时，水分子氢键数先增大后略有减少，甘油分子间氢键减少。

微波的热利用技术促进了吸波材料的应用研究。碳纳米管（CNTs）是近年来新兴的强吸波材料，具有密度小、比表面积大、量子尺寸效应的特点。对碳纳米管吸波材料的复介电常数和复磁导率随碳纳米管含量的变化进行探究。在此基础上，以石蜡油为蓄热介质探究了碳纳米管材料在微波辐照下吸波产热特性。同轴传输法适用于小型样品的测量，具有误差小的优点，故采用此种方法作为测量电磁参数手段。对碳纳米管电磁参数测量实验结果表明，碳纳米管吸波材料在低频下对于微波能的损耗兼具电损耗和磁损耗。对碳纳米管吸波产热特性实验结果表明，碳纳米管是一种强吸波材料。

为研究氯碱电解槽内气液两相流动的压力波动特性和流型特点，对冷模电解槽阳极室内循环板上开口处的压力信号进行了混沌特性分析；利用高速摄像仪照相法及Kolmogorov熵下降法对流动形态进行了识别，绘制了流型图；利用流型图对不同电流密度下的两相流型进行了判定。结果表明，电解槽压力信号的吸引子具有分数维数，当电流密度大于6 kA·m^-2时，Lyapunov指数大于0，说明电解槽内两相流动具有混沌特性；对于测压点位置及电解槽下部，当电流密度小于5 kA·m^-2时，分别为射流充分发展段和孤立气泡流；电流密度为5 ~ 8 kA·m^-2时为射流过渡段和合并气泡流；电流密度大于8 kA·m^-2时为射流的初始段和合并气泡流。

对微重力条件下矩形窄通道内FC-72蒸气在4种不同参数的椭圆形针肋表面和平板表面上的冷凝传热进行了可视化实验研究，分析了微重力对冷凝表面冷凝液分布、气-液界面、入口蒸气温度、冷凝基底温度、热通量以及冷凝传热系数的影响。结果表明，微重力条件下，矩形窄通道内气-液界面出现不稳定，并有波动和沿侧壁爬升现象。落舱释放前后，冷凝表面液膜形态并未观察到明显变化；对于非稳态状态，冷凝基底温度出现小幅升高，并有一定的滞后，落舱释放后蒸气发生器盘管内流型的转变提高了加热效率，从而导致入口蒸气温度急剧升高；对于脉动状态，基底温度变化情况与非稳态状态相似，但入口蒸气温度并无明显变化；而对于准稳态状态，基底个别测温点温度发生阶跃，入口蒸气温度并无明显变化，热通量和冷凝传热系数发生急剧下降，降幅分别达18%和20%。

设计搭建了静态闪蒸实验台，利用高速摄影对不同过热度、节流孔板直径和闪蒸速率下纯水静态闪蒸过程中液膜高度的演变规律进行了实验研究。实验中过热度为7.0~32.5 K，节流孔板直径为5、10、20 mm，闪蒸速率为0.004~0.073 s^-1。通过液膜膨胀率来衡量和比较液膜高度的变化，液膜膨胀率是指闪蒸过程中液膜实时液位与初始液位的比值。结果表明：最大膨胀率随过热度或节流孔板直径的增大而增大；节流孔板直径一定时，闪蒸速率可通过改变过热度来调节，此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而减小；当过热度一定时，闪蒸速率可通过改变节流孔板直径来调节，此时最大膨胀率随闪蒸速率的增大而增大。最后，根据实验结果拟合得到过热度、闪蒸速率与最大膨胀率的实验关联式，其计算值与实验值吻合良好。本文研究结果对工业闪蒸设备小型化、紧凑化和精细控制提供了重要的实验依据。

采用紫外分光光度法测定了2种联结基不同的阳离子双子季铵盐缓蚀剂(bi-PDTBP和PDTBP)在油水两相中的分配系数，通过分配系数及有关理论，计算出2种阳离子双子季铵盐缓蚀剂在分配时的热力学参数，并系统考察了温度、油水比例、盐浓度、缓蚀剂浓度和时间对缓蚀剂在油水介质中迁移的影响；最后通过失重法研究了2种缓蚀剂在1 mol/L盐酸中对Q235钢的缓蚀性能。结果表明：温度和缓蚀剂浓度可促进缓蚀剂在油水介质中的分配，而盐浓度和油水比例会阻碍缓蚀剂在油水介质中的分配；另外，随着2种缓蚀剂浓度的增加，缓蚀效率逐渐提高，且bi-PDTBP在高温下的缓蚀性能优于PDTBP。

强化蒸发式冷凝器管外传热传质可有效降低系统能耗，利用Fluent软件，结合自编译程序及组分输运模型对扁管蒸发式冷凝器管外传热传质过程建模，选取了等周长圆管模型进行比较，研究了二者传热传质性能的差异。通过研究管外液膜厚度及速度，以及管外温度分布和含湿量的变化规律，对比了扁管和圆管的平均表面传热系数，结果表明扁管的平均表面传热系数于圆管提升了9.04%。模拟了风速从1.5 m·s^-1变化至3 m·s^-1以及喷淋密度从0.15 kg·m^-1·s^-1增加至0.3 kg·m^-1·s^-1时对扁管式蒸发式冷凝器换热的影响，得到随着风速及喷淋密度的增加其平均表面传热系数分别增加了5.68%和30.26%。对扁管式蒸发式冷凝器管外的传热传质特性的研究为其应用提供了理论指导。

以泡沫镍板为研究对象，采用实验与数值分析方法，研究了泡沫镍板在冷却过程的基本特性。实验结果表明，在泡沫镍板生产线正常运行期间，整个冷却过程可视为稳态过程，镍板各部分温度基本保持不变。较大温度梯度主要集中在两处，第一是还原性气体入口处，第二是高温水冷段的前半段。数值分析表明，改变镍板的运动速度时，第一温度梯度随着镍板运动速度的增加而增加，第二温度梯度随着速度的增加而减少，二者出现的位置也相应变化；改变高温水冷段水温时，水温升高引起第二温度梯度减小，对其他位置的温度场影响较小。

在装有纯石蜡的相变蓄热箱中加入泡沫金属铜，利用Fluent软件，模拟研究石蜡相变蓄热箱在加入泡沫金属铜后，箱内石蜡温度分布的均匀性、稳定性及相变蓄热的变化规律。模拟结果显示，泡沫金属铜的加入，大大提高了石蜡的蓄热性能，缩短了石蜡相变的时间；且加入泡沫铜后，石蜡内部温差明显减小，温度分布更加均匀，并且有效缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。数值模拟结果与实验测试数据平均误差15.7%，与实测值吻合较好。

微波束能推进是一种新的微波能传输利用方式，使用高强度吸波材料将电磁能转化为热能。针对其热交换器系统构建了简化能量接收模型，对毫米波加热能量转换效率及最高温度进行了初步研究，并设计了三种结构进行模拟仿真，最高效率超过30%，稳定效率在23%左右。使用遗传算法对影响性能的参数进行了优化，结果表明热交换器性能受吸波材料有效损耗因子影响，应保持在一个适中的水平。

在固定床中考察了不同K₂CO₃植入浓度和不同温度条件下兰炭催化气化特性。结果表明，5%的催化剂植入浓度主要起到填充孔隙的作用，当植入浓度增加到10%以后，催化剂发生堆积会使颗粒表面及内部形成较多孔隙。提高气化温度可提高兰炭转化率，超过750℃之后碳转化率增幅减缓，催化剂饱和装载浓度为10%。在颗粒表面和开放孔隙中的高浓度C(O)才具有较高的脱附速率，并提高CO生成速率。在非催化条件下，随着气化的进行CO/CO₂下降，而H₂/(2CO₂+CO)先增后减。在催化条件下，H₂/(2CO₂+CO)稳定在1.5～1.7。催化剂兰炭样品中出现了K₂Ca(CO₃)₂双金属碳酸盐、K₂O、KO₂等活性组分，并随催化剂植入浓度的增加而增加。催化剂植入浓度的增加会导致失活现象加重，但兰炭在750℃条件下气化1 h 催化剂没有完全失活。

微波辐射下，乙醇溶剂中K₂CO₃催化芳甲醛、丙二腈和α-萘酚（或β-萘酚）三组分一锅法快速合成了一系列2-氨基-3-氰基-4-芳基-4H-苯并[h]色烯或苯并[f]色烯衍生物。以苯甲醛、丙二氰与α-萘酚的反应为模板反应，通过单因素实验方案优化了反应的工艺条件。结果表明：反应物各10 mmol，催化剂K₂CO₃ 1 mmol，溶剂无水乙醇15 ml，采用微波功率500 W，80℃回流反应 5 min，2-氨基-3-氰基-4-苯基-4H-苯并[h]色烯（4a）的收率83.6%。在上述最佳条件下，利用取代苯甲醛代替苯甲醛，4H-苯并[h]色烯衍生物(4)产率为65.8%~89.4%。 利用β-萘酚代替α-萘酚，4H-苯并[f]色烯衍生物(6)产率为67.5%~82.9%，合成产物通过熔点和红外光谱表征其结构。

因煎煮法等传统萃取方法不适用于提取热稳定性低的成分、萃取率不高，且目前研究主要集中于对单一药材的提取，故本研究使用微波提取技术提取中药复方（暖心方）中的有效成分；采用HPLC技术对提取液中有效成分含量进行分析；采用单因素实验法探究微波功率、萃取时间、提取次数三个因素对提取工艺的影响；此外，通过SEM对细胞破壁情况分析，了解其微波提取机理。实验结果显示，微波提取有效成分的最佳提取条件为：微波功率1200 W、萃取时间40 min、提取次数1次。与传统加热萃取法相比，微波辅助萃取技术能明显地缩短萃取时间，实现了节能高效。微波辐射因能深入并作用于中药材内部，使细胞壁破损，更好地将中药材中的有效成分析出。

通过原位共交联方法制备了多孔型PVA/tetra-ZnO(聚乙烯醇/四针状氧化锌)复合材料作为废水中Pb(II)的脱除吸附剂，研究发现，由于tetra-ZnO四条晶须臂具有互锁特性使其孔壁处形成了“骨架支撑”型孔道结构，从而有利于Pb(II)的传输扩散和吸附络合。复合材料在tetra-ZnO含量为7%时具有最大Pb(II)吸附量，随pH增大，吸附量逐渐增大，复合材料的吸附效应在pH为4.0左右时最为明显。与复合材料的孔径分布相反，吸附的Pb(II)在复合材料中由外至内呈逐渐递减的梯度分布。等温吸附线表明Langmuir模型具有更好的拟合性，其吸附机理为单分子层均质吸附。动力学过程拟合表明其吸附分多步进行，化学吸附和内扩散均具有重要作用。与纯PVA相比，复合材料的应力吸附稳定性和热稳定性得到大幅提高。

针对化工过程输入输出数据间非线性关系问题，提出一种基于多数据空间局部加权潜结构映射(multi-space locally weighted projection to latent structures，Ms-LWPLS)的网络化性能分级评估方法。该方法将历史数据分成不同性能等级的集合，利用Ms-LWPLS方法提取不同性能等级训练数据的过程变化，获得训练数据与性能等级标签之间的非线性映射结构，实现输入数据与性能等级之间的网络化“离线建模”。得到模型后，以数据滑动时间窗为评估单元，将滑动窗口数据输入到训练好的神经网络模型中，根据网络输出划分过程当前性能等级，并构造过渡性能系数，将稳态性能等级和过渡性能等级进行识别和区分。最后，将该方法应用到乙烯裂解过程在线性能评估中，说明此性能评估方法的有效性和准确性。

在工况改变时，湿式球磨机的实时数据和建模数据分布不一致，不满足传统软测量建模方法要求的数据同分布假设，导致模型失准和性能恶化。为此，引入迁移学习思想，提出一种基于迁移变分自编码器-标签映射的软测量模型，实现多工况下湿式球磨机负荷参数的准确测量。首先，迁移目标域数据编码得到的隐变量分布参数，对源域数据对应隐变量进行拟合，再解码得到迁移数据；然后采用相似性度量选取相似样本构建标签映射模型，并得到映射标签；最后使用迁移数据和映射标签构建出最终的软测量模型。实验结果表明，该软测量方法显著优于现有方法，适用于多工况下的软测量建模。

为了解决控制向量参数化方法逼近精度和计算时间之间的矛盾，提出了一种基于伪Wigner-Ville时频分析的控制向量参数化方法。该方法首先给定较少的网格进行第一次优化迭代，快速获得控制变量的大致轨迹。然后通过伪Wigner-Ville分析得出不同时间网格节点瞬时频率变化对性能指标的影响，籍此对原有网格节点进行重构，包括对时间节点的消除、细化。并且结合变时间节点控制向量参数化方法的思想，将瞬时频率为极大值时对应的时间节点作为待优化参数，与控制变量一同进行求解优化，从而找到准确的最优时间切换点。三个经典的化工反应实例用于验证所提方法，计算结果表明：与传统的控制向量参数化方法和文献结果相比，所提方法可以更有效地重构时间网格，找到准确的时间切换点，不仅计算成本低，而且计算精度更出色。

针对现有污泥热解技术耗时耗能、炭性能受限等难题，提出微波诱导协同热解的新型技术思路，即仅先用常规初级热解获得微波强化吸收的热解基体，再用微波诱导其高能位点效应，以期低能耗制备较高性能的污泥炭。对样品进行介电特性、工业分析等多种测试，在简要分析并验证该思路可行的基础上，探寻其能耗机制，以期为实际应用提供参考。结果表明，通过常规700℃热解10 min的热解基体，介电特性提高约22%，可在微波900 W中5 min升高到平均900℃；不仅提高炭性能，而且比常规700℃热解60 min节能省时达50%以上，这主要归因于对热解过程整体用时的显著缩减与微波能的高效利用。研究思路为低能耗制备高附加值污泥炭奠定工艺应用基础，有望实现污泥大规模资源化处置。

微波辅助化学反应引起人们的大量关注，但非均匀加热等问题严重限制了微波在化学工业中的广泛应用。为了解决这些问题，就需要研究化学反应体系中电磁波的传播规律。化学反应体系作为一种典型的时变非平衡系统，其介电特性随着化学反应进行而变化，而介电特性变化将影响反应体系内的电磁波频率。以简单极性分子反应的极化特性表征为基础，通过数值计算不同反应速率的反应体系中电磁脉冲的传播，揭示了反应体系时变和色散的电磁特性对电磁脉冲频谱的影响。对于较慢的化学反应，可以忽略反应体系的时变特性，反应体系的色散特性引起电磁脉冲频谱的变化；对于较快的化学反应，反应体系的时变和色散特性同时引起电磁脉冲频谱的变化。

自20世纪80年代以来, 微波能的应用几乎扩展到了化学、材料、医学等各个领域。而微波能的应用实际上都直接或间接地与物质的介电特性相关。通过了解物质介电特性，就能研究它们对于微波的吸收和反射情况。因此，微波能应用中的介电系数测量显得尤为重要。而传统的测量方法实现在线测量时有一定的局限性，针对上述问题设计了新型的测量装置，结合神经网络算法对物质的介电系数进行了仿真计算，得到了一些有参考价值的数据，这些工作将对微波能的应用提供帮助。

吸附式冷风机组无须冷水回路和冷水泵，可满足小型化的应用需求。针对一种由2个吸附床，1个冷凝器和1个热管型的蒸发器的硅胶-水吸附式冷风机进行了实验研究，确定了机组的动态运行特性，探讨了热源温度、冷却水进口温度和冷风出口温度对系统性能的影响。实验结果表明，机组能够有效利用60～90℃范围内的低温热源，可提供0.84～2.29 kW的制冷量，系统的COP在0.26～0.43之间。

以水泥的主要成分Ca₂Al₂SiO₇为惰性载体，采用热分析动力学研究了NiO/Ca₂Al₂SiO₇氧载体作用下沼气的化学链重整(chemical looping reforming, CLR)制氢性能。通过自编的MATLAB^?代码计算得到430种工况下CLR模拟结果，充分考虑NiO负载率y_NiO、氧载体循环流率F_s、氧载体转化率变化ΔX_s、水蒸气浓度x_{H_{2}O}及空气反应器温度T_AR的影响。调节氧载体循环流率，可实现对(xNiO+Ca₂Al₂SiO₇)/biogas质量比的控制，进而调整系统总焓变化ΔH，实现自热化学链重整(CLRa)，即ΔH=0。在CLRa状态下，T_AR和ΔX_s的升高均导致H₂产率降低，而F_s增加则有助于提高H₂产率。模拟结果表明，当NiO含量低于10%(质量)、T_AR接近1150 K、ΔX_s小于0.25、F_s大于2 kg?s^-1、x_{H_{2}O}小于54.5%（体积）时，H₂产率可达最优值1.57(m³ H₂)?(m³ biogas)^-1。对系统的热量平衡分析显示，CLRa能够在自热状态下运行，且反应器出口处气流携带热量能够满足进口处气流的预热需求。

以十八烷基二乙醇胺、1,3-二溴丙烷为主要原料，在微波高压条件下进行季铵化反应合成了一种双子表面活性剂双十八烷基四羟乙基二溴丙二铵（DTDD），通过红外光谱（IR）和核磁共振（¹H NMR）对DTDD进行了表征，并用液相色谱-质谱联用（LC-MS）测定了其纯度。通过单因素、正交实验得到了微波法合成目标产物的最佳合成条件为：设置微波功率为900 W，反应时间8 h，反应温度为140℃，产品收率达92%以上。与传统加热法对比, 使用微波合成法反应速率大大提高。性能测试结果表明：对比单链季铵盐（OMDAB），目标产物DTDD具有良好的表面性能，其临界胶束浓度为0.087 g/L，相应的表面张力γ_(CMC)为31.09 mN/m。

研究开发了一种新型的羧酸金属盐β晶型成核剂。此成核剂不仅高效诱导β-PP形成，而且成核效率高, β-成核PP的冲击强度可提高2~4倍，并且大幅提高PP热变形温度，有效缓解了聚丙烯制品的冲击强度和热变形温度二者之间的矛盾。目前已在PPR管材和PPH板材、大注件制品以及锂电池隔膜方面得到广泛的应用。

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。

以十八烷基二乙醇胺和溴代十八烷通过微波合成技术制备了双十八烷基二羟基溴化铵季铵盐（DODAB）。确定最佳合成工艺条件为：反应物浓度为2.17 mol·L^-1、反应时间为158.61 min、微波功率为626.06 W，在此条件下转化率的预测值为93.71%。产品由IR和¹H NMR进行表征。测定产品的表面活性为：CMC=0.501 g·L^-1，表面张力为30.27 mN·m^-1，优于阳离子表面活性剂D1821。测定产品应用于织物的柔软性能，结果显示：DODAB的柔软效果与D1821相当，随着处理的次数增多，DODAB处理后的柔软效果虽比D1821稍微弱一些，但其手感上会更为自然，更为舒适。同时，DODAB较D1821有着更好的维持织物白度性能的效果，具有较好的抗黄变能力。

采用无水三氯化铝与多卤代烷组成的络合物催化体系，研究了以煤制烯烃某一馏分段和混合二甲苯为原料合成煤制烯烃基长链烷基二甲苯。采用条件实验法得出的较佳工艺参数是：起始反应温度为室温，混合二甲苯/煤制烯烃的质量比为2∶3，相当于物质的量之比2.2～2.5∶1，催化剂用量为反应液总量的1/110(质量分数)，反应时间为60 min，得到的长链烷基二甲苯的含量在80%以上；计算得到其平均分子量约为302.5，相当于十四烷基二甲苯的平均分子量，具有一定的分子量分布，是更好的生产烷基芳基磺酸盐的原料，并在30 L反应器中进行了放大实验。

针对阀门内漏模拟和阀门内漏监测问题，提出了阀门内漏模拟和阀门内漏非介入式单声波传感器监测方法。设计了由法兰、薄纸片和带孔铝片组成的虚拟阀门，可真实地模拟阀门内漏瞬态过程，克服了传统阀门内漏模拟方法中存在的各种缺点。分析、比较了不同条件下阀门上下游声波传感器输出信号的频域特征，验证了阀门上游声波传感器设置的冗余性和基于单声波传感器实现阀门内漏监测的可行性。分析、比较了不同条件下单声波传感器输出信号的时频域特征，提出了基于峰值系数和小波包能量分率的阀门内漏时频域特征提取方法，并以阀门密封良好状态下的声波信号为样本，建立了基于SVDD的阀门内漏诊断模型。测试结果表明：本文提出的单声波传感器阀门内漏监测方法可行、模型诊断准确，且具有较强的抗干扰能力和较高的阀门内漏检测灵敏度。