随着世界稠油开采量的不断增加,稠油的粘度高、流动性差成为制约稠油开采和集输的主要问题,稠油的粘度对温度的敏感性使得加热成为稠油开采和集输的主要方法,但由于稠油的导热性差,常规以传导为主要传热方式的加热方法往往效率低、速度慢。本论文针对这一问题,运用微波能对稠油进行加热。微波加热机理是稠油在外加电磁场作用下,内部介质的极化产生的极化强度矢量落后于电场一个角度,从而导致与电场同相的电流的产生,构成了稠油的功率耗散而引起的体积加热。在研究中发现微波加热稠油具有效率高、速度快等特点。 微波加热理论,包含了电磁学和传热学的知识,在理论研究和计算中都有一定的难度。在对微波加热的有限元理论研究中,从电磁学和热学的角度出发,得出了解决微波加热这种特殊的电磁——热耦合现象的数学方法;在实际采油过程中,微波加热的温度以及加热时间只是通过室内试验大体做出估计,在稠油温度控制方面,只是根据人工经验和现场实验。本文提出了用有限元仿真的方法对微波加热稠油过程中的电磁场和温度场耦合进行模拟计算。首先对圆波导进行仿真,得到了无耗波导中电磁场的分布;进而对充满稠油的圆波导进行仿真,得到波导内的电磁场和温度场的分布,分析得到了激励的功率与稠油的温度以及加热时间的关系。利用稠油的凝固点温度和激励功率估计稠油开采过程中的预热时间,为微波加热所需参数优化设计提供参考。最后,探讨了稠油微波加热降粘的机理。