Erwärmung von Partikeln durch Mikrowellen - Rechenweg?

jollyroger · Anmeldungsdatum: 15.12.2020 Beiträge: 1 Wohnort: Graz

Guten Tag alle miteinander,

kurz zu mir: mein Name ist Hannes, ich komme aus dem schönen Österreich, bin 30 und beschäftige mich beruflich mit Wärmetechnik.

Ich habe eine Frage, möchte aber vorher kurz die Ausgangssituation beschreiben: Es geht um eine Luftströmung, in der sich relativ viele Partikel befinden. Diese Partikel sind zwischen 1 und 10µm groß, die Volumskonzentration liegt irgendwo um 0,01% und z.T. noch darunter. Diese Partikel müssen thermisch behandelt werden. Es handelt sich dabei um eine spezielle Keramik. Momentan schaut der Industrieprozess so aus, dass man die Luft einem Gasbrenner zuführt, mit Erdgas mischt, die Mischung dann eben in der Brennkammer zündet und wenn die Partikel so gut 1000°C erreichen ist alles gut.

Das kostet natürlich unmengen an Gas, verursacht hohe CO2-Emissionen und ist nicht gerade effizient. Nun kam die Idee auf, dass man die Partikel ja auch mit Mikrowellen erwärmen kann. Grundsätzlich geht das bei dieser Keramik, man kann eine Schüssel voller Partikel in einer normalen Mikrowelle zumindest lokal in kurzer Zeit zum Glühen bringen.

Nun wollen wir das aber im "freien Flug" machen, da sich die Partikel dabei nicht berühren sollen. Ich soll jetzt grob auslegen, ob das überhaupt machbar ist und die Idee weiterverfolgt werden soll, oder ob man es besser lässt.

Was muss ich dafür berechnen:
-Wärmeeintrag durch Mikrowellen
-Wärmeverluste durch Strahlung und Konvektion
-Aufheizzeit der Partikel
-Mit Strömungsgeschwindigkeit etc. die erforderliche Größe der "Mikrowellenzone"

Mir sind alle Punkte klar, außer die Wechselwirkung Partikel/Mikrowelle bzw. der Wärmeeintrag durch Mikrowellen. Ich kann mit den Maxwell-Gleichungen bzw. der Mie-Theorie nicht wirklich umgehen und diverse Lösungsansätze aus der Literatur spucken z.T. sehr unterschiedliche Ergebnisse aus. Zu gut deutsch: Lt. der einen Rechnung sollte es klappen, laut der anderen wieder nicht.

Kann mir bitte jemand einen Tipp geben, wie ich die Leistung berechnen kann, die Aufgrund der Einwirkung von Mikrowellen in so einem kleinen Partikel in Wärme umgewandelt wird?

Ich möchte die Wärmeleistung bzw. Leistungsdichte dann als Quellterm in die Energiegleichung (Navier-Stokes-Gleichungen) einfügen, um damit mein Problem berechnen zu können.

Danke im Voraus für jede hilfreiche Antwort!