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生物质作为重要的可再生能源，其原料分布广泛且其低碳能源属性使得其开发和利用越来越受到国内外的广泛重视。生物质通过热解可以得到气、固、液三相产物，其中热解气体和油相产物是良好的化石能源替代品，固体产物可以用作农业土壤改良以及作为高吸附性能的碳材料使用，此外还可以生成一些高附加值的化学品，同时开发有效的生物质热解技术还可以解决目前生物质秸秆等焚烧造成的污染问题。因此，开发生物质热解技术不仅提供低碳能源，减少利用化石能源产生的碳排放，而且还可以减少农业废弃物焚烧造成的环境污染和资源浪费。目前在生物质热解的技术研发中，微波定向供能热解作为新的热解工艺，改变了传统的供热模式，实现了定向供热，能够节省反应时间，实现快速热解，提高了过程的能源利用效率。本文分别对稻草秸秆的微波热解产物分布、热解过程中的介电性质变化和稻草秸秆热解过程中的温度分布展开研究。并利用COMSOLMultiphysics5.0有限元软件建立数学模型，对稻草秸秆微波热解过程进行多物理场模拟，通过多物理场耦合对生物质热解过程中的反应机理和物理场分布进行探究。 本文以稻草秸秆作为研究对象，以稻草碳和活性炭作为微波吸收助剂，考察了它们在2.45 GHz条件下的热解行为，研究生物质热解的固、液、气相三相热解产物的分布，以及添加剂、载气、物料体积、物料空间位置和反应器与外界的热交换等因素对产物分布的影响。通过研究发现，活性碳的添加比例越低，开始焦油出现的时间越迟，热解产生气体的时间也会加长，固体残余量也会逐渐减少;以稻草碳作为微波吸收助剂，与稻草秸秆的混合质量比例为6∶1，在隔绝空气、494W的条件下热解，固体产物收率在22％～33％，同等条件下，通入N2，固态产物收率要小于后者(A＜A1);在相同的位置、不同体积的生物质的热解产物不同，在不同的位置、相同体积的生物质的热解产物不同;相同条件下，减少反应器与外部环境的热交换，可有效减少固态产物的收率。 本文以稻草秸秆、稻草碳和生物质三组分为原料，研究生物质在热解过程中的介电性质。研究结果表明，生物质在2.45 GHz条件下，室温(RT)→550℃升温热解过程中的介电性质随温度不断变化，变化的行为可以反映出生物质在热解过程中的产物分布，如水分、挥发分的生成以焦炭形成都会引起其介电性质的变化。通过研究还发现，稻草秸秆和生物质三组分吸收和转化微波携带的电磁能的能力都比较弱，但稻草碳可以作为良好的微波吸收助剂。稻草秸秆的介电性质主要受到生物质三组分和灰分的影响。 在微波热解生物质的基础上，选取两组实验在其基础上进行测温实验。本实验利用红外成像仪技术，成功获得了微波热解反应器在生物质热解过程中特定时间的温度分布和实时的温度变化。从数据中可以得到，微波加热具有明显的不均匀性，生物质内部的温度是变化的，其热点随着热解反应的进行也可以是移动的，这与电磁场的分布、介电性质的变化和流体的流动等因素有关。 本研究基于实验获取的介电性质建立上述两个测温实验的数学模型，模拟其热解过程中的电磁场分布、热量传递和质量传递行为。本论文分别展示了上述实验在2 min和3 min时刻的物理场分布。模拟结果证明了在生物质热解过程中，生物质介质的温度分布主要受电磁损耗密度Qe的分布，与之相关的决定因素有生物质介质的介电性质和所在区域的电磁场分布等。而流体的流动对温度的分布也有一定的影响，但与电磁损耗分布相比，在考察的这一阶段，影响很小。通过模拟结果对比，在不通入载气的情况下，流体流速较小，对流热通量对温度分布的影响也相对较小。选取不同直径的石英反应器，置于微波腔体内的不同位置，获得了不同的电磁场和温度分布。建立的第一个模型，采用直径为2.6 cm的石英反应器，填充纯稻草，其加热速率较后者采用直径为4 cm的石英反应器的模型慢，而其温度的最大和最小值主要分布在反应器表面。而后者填充的是稻草与稻草碳的混合物料，虽然也观察到明显的温度梯度，但是其热点主要分布在反应器的内部，而且升温速率较快。说明生物质介质的体积和空间位置是能量分布的重要影响因素。