用于验证木材微波预处理温度分布的谐振腔的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及木材微波预处理技术领域，具体涉及一种用于验证木材微波预处理温 度分布的谐振腔。
【背景技术】
[0002] 我国速生人工林面积和蓄积量均居世界首位，但速生材普遍存在着渗透性差，干 燥与后期防腐、阻燃处理困难等缺陷，使得实木高附加值利用一直未取得突破性进展。
[0003] 高强度微波预处理是近年来出现在木材改性领域的新技术，其基本原理是利用高 强度微波对湿木材进行瞬时处理，使木材内水分在短时间内获得足够多的能量，产生相变 和气体热压效应，在蒸汽膨胀动力带动下，破坏木材内部构造，提高流体迀移能力，为木材 后期的干燥、浸注处理，甚至新材料制备创造极为有利的前提条件。
[0004] 目前，美国、澳大利亚和中国等国家都已开始试制高强木材微波预处理专用设备， 并研宄了微波预处理对木材体积膨胀率、渗透性和干燥速率的影响规律。其初步研宄结果 表明，优化的高强度微波预处理可使木材体积增大10%以上，防腐剂渗透量增加10~14 倍，干燥速率提高5~10倍，干燥质量显着改善。澳大利亚墨尔本大学甚至还通过该技术 对木材进行拆解和重构处理，试制出了具有高渗透性、低密度的新型木材与具有高强度、高 表面硬度的新型木质复合材料。这一研宄为速生人工林木材资源的高质化利用开辟了一条 崭新的道路。
[0005] 但是，在木材微波预处理研宄过程中，研宄人员发现：木材经过微波预处理后，其 内部的微观和宏观孔隙分布不够均匀，给木材的后期浸注处理和高性能新材料的制备带来 了很大困难。这些不均匀与木材本身的性质和介电常数分布不均匀有一定关系，然而我们 无法改变木材本身的属性，只能改善其加热外部条件，以提高微波场的均匀性，最终获得较 为理想的木材微波处理效果。与加热条件有关的主要有微波频率和微波加热腔体，这两者 共同决定加热时木材的温度分布。用于微波处理木材的微波频率有〇. 915Ghz和2. 45Ghz 两种，频率为2. 45Ghz的微波对厚度较薄的木材加热温度分布均匀性较为有利，在设计中 采用该频率。频率选定后，问题的中心就转移到微波谐振腔的设计了，因此，如何通过研制 微波能分布均匀的微波谐振腔来开发高效微波预处理设备，已经成为制约木材高强微波预 处理技术研发的核心和关键问题。
[0006] 优化设计微波谐振腔时最经常采用的方法是计算机模拟技术，为了确保模拟结果 的可靠性，需要将计算机模拟温度与实际测试结果进行比较，验证模型模拟的精度，并对模 型进行修正，最终获得优化的数学模型和微波谐振腔尺寸参数。除此之外，不同馈入方式谐 振腔对木材微波能量利用率、温度分布均匀性、木材破裂率等都有较大影响，需要对比分析 试验时不同馈入方式谐振腔的木材微波预处理情况。目前比较常用的微波加热谐振腔的是 行波加热器，即在矩形谐振腔上有一斜馈入波导，设计主要是根据加工量、防止打火和微波 泄漏等安全性方面的要求，对加热均匀性研宄不够。由于木材是在谐振腔内移动的，而整个 木材的加热均匀性取决于横截面。虽然行波加热器微波可以经过多次反射被木材吸收，但 木材横截面上的温度分布并不能改善。因为行波加热器的微波能比较集中在馈入口处，所 以局部高温产生木材破裂率。行波加热器虽然微波能量利用率较高，但温度分布均匀性不 理想、木材破裂率高，并不是最好的选择。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的上述问题，提供一种木材微波 能量利用率高、微波能均匀分散、温度分布均匀性好、木材破裂率低的用于验证木材微波预 处理温度分布的谐振腔。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0009] -种用于验证木材微波预处理温度分布的谐振腔，包括水平布置的主谐振腔，所 述主谐振腔的侧向设有至少一个馈入波导，所述主谐振腔和馈入波导之间相互连通，所述 馈入波导沿着从主谐振腔的中心向外的方向水平布置，且所述馈入波导的两个端面均为镂 空开口。
[0010] 优选地，所述馈入波导的横截面为矩形，且所述矩形的长度沿着水平方向布置，所 述矩形的宽度沿着竖直方向布置，所述馈入波导上远离主谐振腔中心一端的镂空开口到主 谐振腔中心之间的距离L大于所述矩形的长度的I. 1倍。
[0011] 优选地，所述主谐振腔、馈入波导的形状均为长方体状，所述馈入波导的数量为一 个，所述馈入波导设于主谐振腔的一个侧面上。进一步，所述主谐振腔的长宽均为〇. 197m、 高为0. 155m，所述馈入波导的横截面的矩形的长度为0. 0953m、宽度为0. 0546m。
[0012] 或者优选地，所述主谐振腔、馈入波导的形状均为长方体状，所述馈入波导的数量 为两个，且两个馈入波导分别对称布置于主谐振腔的侧面上。进一步地，所述主谐振腔的 长宽均为0. 197m、高为0. 155m，所述馈入波导的横截面的矩形的长度为0. 0953m、宽度为 0. 0546m。
[0013] 或者优选地，所述主谐振腔的形状为圆柱体状，所述馈入波导的形状为长方体状， 所述馈入波导的数量为三个，且三个馈入波导呈中心对称布置于主谐振腔的侧面上。进一 步地，所述主谐振腔的直径为0. 197m、高为0. 155m，所述馈入波导的横截面的矩形的长度 为 0. 0953m、宽度为 0. 0546m。
[0014] 或者优选地，所述主谐振腔的形状为圆柱体状，所述馈入波导的形状为长方体状， 所述馈入波导的数量为四个，且四个馈入波导呈中心对称布置于主谐振腔的侧面上。进一 步地，所述主谐振腔的直径为0. 197m、高为0. 155m，所述馈入波导的横截面的矩形的长度 为 0. 0953m、宽度为 0. 0546m。
[0015] 本发明用于验证木材微波预处理温度分布的谐振腔具有下述优点：本发明用于验 证木材微波预处理温度分布的谐振腔包括水平布置的主谐振腔，主谐振腔的侧向设有至少 一个呈水平布置的馈入波导，主谐振腔和馈入波导之间相互连通，馈入波导沿着从主谐振 腔的中心向外的方向水平布置，且馈入波导的两个端面为镂空开口，基于上属于结构，使得 在验证木材微波预处理温度分布时，能够将微波能均匀分布在木材上而不会集中在馈入口 处，从而能够防止木材局部高温产生木材破裂率，同时具备木材微波能量利用率高、微波能 均匀分散、温度分布均匀性好、木材破裂率低的优点。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例一的立体结构示意图。
[0017] 图2是使用本发明实施例一加热时木材表面的模拟温度分布图。
[0018] 图3是使用本发明实施例一加热时木材中央截面的模拟温度分布图。
[0019] 图4为本发明实施例二的立体结构示意图。
[0020] 图5是使用本发明实施例二加热时木材表面的模拟温度分布图。
[0021] 图6是使用本发明实施例二加热时木材中央截面的模拟温度分布图。
[0022] 图7为本发明实施例三的立体结构示意图。
[0023] 图8是使用本发明实施例三加热时木材表面的模拟温度分布图。
[0024] 图9是使用本发明实施例三加热时木材中央截面的模拟温度分布图。
[0025] 图10为本发明实施例四的立体结构示意图。
[0026] 图11是使用本发明实施例四加热时木材表面的模拟温度分布图。
[0027] 图12是使用本发明实施例四加热时木材中央截面的模拟温度分布图。
【具体实施方式】
[0028] 实施例一：
[0029] 如图1所示，本实施例用于验证木材微波预处理温度分布的谐振腔包括水平布置 的主谐振腔A，主谐振腔A的侧向设有至少一个馈入波导，主谐振腔和馈入波导之间相互连 通，馈入波导沿着从主谐振腔A的中心向外的方向水平布置，且馈入波导的两个端面均为 镂空开口。参见图1，本实施例以W表示放在主谐振腔A中心位置的木材。
[0030] 如图1所示，馈入波导的横截面为矩形，且矩形的长度沿着水平方向布置，矩形的 宽度沿着竖直方向布置，馈入波导上远离主