Применение СВЧ-излучения для технологической сушки дерева и пиломатериалов

Abstract

В статье рассмотрены различные методы сушки древесины. Проводится сравнение индукционного, инфракрасного и микроволнового нагрева. Индукционный нагрев рассматривается как нагрев токопроводящих тел за счет возбуждения в них электрических токов переменным электромагнитным полем, а инфракрасный нагрев как нагрев материалов электромагнитным излучением с длиной волны 2 мм – 760 нм. Микроволновой нагрев рассматривается как наиболее оптимальный способ сушки древесины. Он основан на проникновении в материал электромагнитной энергии и преобразовании ее в тепловую. Цель статьи заключается в определении оптимальных параметров электромагнитного излучения для сушки древесины. При микроволновом нагреве распределение температур в нагреваемом материале таково, что градиенты температуры, давления, концентрации влаги направлены в одну сторону от центра к периферии, что ускоряет сушку древесины. Приведены уравнения для расчета расхода жидкости через капилляр древесины. Показана зависимость теплоты, выделяемой в древесине под воздействием электромагнитного поля, от частоты поля, напряженности поля и от диэлектрических параметров древесины. Уточнены параметры СВЧ-излучения для оптимизации процесса сушки древесных плит и пиломатериалов. Качество сушки улучшается за счет того, что нагрев высушенных участков автоматически прекращается. Нагрев продолжается лишь там, где еще сохранилась повышенная влажность. Учтены электрофизические параметры сушки древесины в достаточно широком диапазоне частот. Диэлектрические свойства древесины рассматриваются через диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Рекомендованы частоты СВЧ облучения для различных значений параметров штабеля древесины. Менять частоты произвольно для оптимизации процесса сушки древесины не представляется возможным, поэтому разработчики могут варьировать технологическими параметрами штабеля древесины или пило-материалов и параметрами камеры для сушки древесины. Показана возможность с высокой скоростью подвести и выделить в единице объема древесины мощность, не доступную ни одному из традиционных способов подвода энергии. Показано применение бесконтактного избирательного нагрева. Обоснованы пути повышения эффективности сушки древесины в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.

У статті розглянуті різні методи сушки деревини. Проводиться порівняння індукційного, інфрачервоного і мікрохвильового нагріву. Індукційний нагрів розглядається як нагрів струмопровідних тіл за рахунок збудження в них електричних струмів змінним електромагнітним полем, а інфрачервоний нагрів як нагрів матеріалів електромагнітним випромінюванням з довжиною хвилі 2 мм - 760 нм. Мікрохвильової нагрів розглядається як найбільш оптимальний спосіб сушіння деревини. Він заснований на проникненні в матеріал електромагнітної енергії і перетворенні її в теплову. Мету статі наведено, як визначення оптимальних параметрів електромагнітного випромінювання для сушіння вологої деревини. При мікрохвильовому нагріванні розподіл температур в нагрітому матеріалі такий, що градієнти температури, тиску, концентрації вологи спрямовані в один бік від центру до периферії, що прискорює сушку деревини. Наведено рівняння для розрахунку витрати рідини через капіляр деревини. Показана залежність теплоти, що виділяється в деревині під впливом електромагнітного поля, від частоти поля, напруженості поля і від діелектричних параметрів деревини. Уточнено параметри НВЧ- випромінювання для оптимізації процесу сушіння деревних плит і пиломатеріалів. Якість сушіння покращується за рахунок того, що нагрів висушених ділянок автоматично припиняється. Нагрівання триває лише там, де ще збереглася підвищена вологість. Враховано електрофізичні параметри сушки деревини в досить широкому діапазоні частот. Діелектричні властивості деревини розглядаються через діелектричну проникність і тангенс кута діелектричних втрат. Рекомендовані частоти НВЧ опромінення для різних значень параметрів штабеля деревини. Міняти частоти довільно для оптимізації процесу сушіння деревини не представляється можливим, тому розробники можуть варіювати технологічними параметрами штабеля деревини або пиломатеріалів і параметрами камери для сушки деревини. Показана можливість з високою швидкістю підвести і виділити в одиниці об'єму деревини потужність, не доступну жодному з традиційних способів підведення енергії. Показано застосування безконтактного виборчого нагріву. Обґрунтовано шляхи підвищення ефективності сушіння деревини в електромагнітному полі надвисокої частоти.

The article considers the different methods of drying wood. Are compared the induction, infrared and microwave heating. Induction heating is considered as a heat conductive material through which the excitation of electrical currents in an alternating electromagnetic field, and infrared heating as heating of materials with electromagnetic radiation with a wave length of 2 mm - 760 nm. Microwave heating is considered as the optimal method of drying wood. It is based on the penetration of electromagnetic energy into the material and converting it into heat. The purpose of the article is to determine the optimal parameters of electromagnetic radiation for drying wood. With microwave heating temperature distribution of the heated material is such that temperature gradients, pressure and moisture concentration directed to one side from the center to the periphery, which accelerates the drying of the wood. The equations for calculating the fluid flow rate through the capillary of timber are considered. The dependence of the heat generated in the wood under the influence of electromagnetic field, the field frequency, field strength and dielectric parameters of the of timber is shown. The microwave radiation parameters for optimizing the drying process of wood-based panels and lumber clarified. Drying quality is improved owing to the fact that the heating of the dried areas is automatically terminated. Heating is continued only there where it is still kept humid. Takes into account electrophysical parameters of drying wood in a fairly wide range of frequencies. Dielectric properties of wood are considered through the dielectric constant and dielectric loss tangent. Frequencies of microwave radiation for different values of the parameters of the wood pile are recommended. It is not possible to change randomly the frequency to optimize the wood drying process, so developers can vary the process parameters and the parameters of camera settings for drying wood. It is possible to draw with high speed and highlight in a unit volume of timber the capacity which is not available to any of the traditional ways of energy supply. The application of non-contact selective heating is shown. The ways of increasing the efficiency of drying wood in the electromagnetic field of ultrahigh frequency are considered.