ДОСЛІДЖЕННЯ СУШІННЯ ДЕРЕВИНИ В ЕЛЕКТРОМАГНІТНОМУ ПОЛІ НАДВИСОКОЇ ЧАСТОТИ З УРАХУВАННЯМ ЇЇ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
Ключові слова:
сушіння деревини, надвисокочастотний діапазон, електромагнітне поле, поле високої частоти, мікрохвиліАнотація
Досліджено процес сушіння деревини в електромагнітному полі надвисокої частоти, з акцентом на фізичні механізми діелектричного нагрівання та моделювання тепломасообміну. Проаналізовано діапазони робочих частот, визначені міжнародними стандартами для промислової обробки, та особливості взаємодії електромагнітного поля з вологою в деревині. Розглянуто механізми дипольної, індукованої та міжфазної поляризації, що визначають ефективність перетворення електромагнітної енергії в теплову. Теоретична частина базується на аналізі рівнянь для поляризації, комплексної діелектричної проникності, тангенса втрат, а також залежності ефективних діелектричних втрат від вологості та провідності матеріалу. Співвідношення дозволяють розрахувати середню потужність, що поглинається об’ємом деревини, струми в системі з втратами, а також щільність теплової потужності та теплоємність системи. Експериментальна частина зосереджена на аналізі міграції вологи під час сушіння. Показано, що у фазі постійної швидкості домінує капілярний транспорт під впливом різниці тисків, тоді як у фазі зниження швидкості вологоперенесення стає дифузійним. Зі зниженням вологості спостерігається зменшення коефіцієнта діелектричних втрат, що ускладнює подальше нагрівання. Моделювання підтверджує, що надвисокочастотне сушіння сприяє рівномірному розподілу температури та вологості, мінімізуючи ризики тріщиноутворення й деформацій. Додатково подано результати порівняння багатомодових аплікаторів різних поколінь, де показано підвищення рівномірності поля та теплового розподілу, що підтверджується інфрачервоними зображеннями й числовими моделями. Запропоновано адаптивну систему керування на основі діелектричних параметрів деревини, яка дозволяє регулювати потужність магнетронів у реальному часі. Отримані результати свідчать, що надвисокочастотне сушіння забезпечує значне скорочення тривалості процесу, збереження природного кольору деревини, зменшення біопошкоджень і рівномірний розподіл вологи. Завдяки цьому технологія є перспективною альтернативою традиційним методам, особливо для товстих пиломатеріалів і комбінованих вакуумних режимів.
Посилання
M. A. Kamke, “Drying of wood,” Drying Technology, vol. 24, no. 4, pp. 459-466, 2006.
H. Esping, “Conventional drying of wood,” in Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites, R. Rowell, Ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 2005, pp. 301-336.
A. D. Cherenkov, N. G. Kosulina, Y. I. Yaroslavskyy, A. Aizhanova, and J. Tanas, “Justification of the electromagnetic impulse method destruction of insect pests in gardens,” Proc. SPIE – Int. Soc. Opt. Eng., vol. 10808, p. 108083P, 2018. https://doi.org/10.1117/12.2501665 .
L. Mikhaylova, A. Ryd, P. Potapski, N. Kosulina, and A. Cherenkov, “Determining the electromagnetic field parameters to kill flies at livestock facilities,” East.-Eur. J. Enterp. Technol., vol. 4, no. 5 (94), pp. 53-60, 2018. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.137600 .
N. Kosulina, M. Chorna, D. Milenin, S. Kosulin, and K. Korshunov, “Research of mathematical model of microwave drying of wet wool,” in Proc. 2024 5th Int. Conf. Electron. Eng., Inf. Technol. Educ. (EEITE), 2024. https://doi.org/10.1109/EEITE61750.2024.10654443 .
N. Kosulina, Y. Handola, M. Chorna, S. Kosulin, and K. Korshunov, “Research of electromagnetic field distribution when UHF-drying wool in the device,” in Proc. 2024 9th Int. Conf. Energy Efficiency and Agricultural Engineering (EE and AE), 2024. https://doi.org/10.1109/EEAE60309.2024.10600627 .
N. Kosulina, A. Cherenkov, E. Pirotti, S. Moroz, and M. Chorna, “Determining parameters of electromagnetic radiation for energoinformational disinfection of wool in its pretreatment,” East.-Eur. J. Enterp. Technol., vol. 2, no. 5(86), pp. 52-58, 2017. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96074 .
P. V. Potapski, I. A. Sasimova, and N. G. Kosulina, “Opredelenie elektromagnitnykh polei, rasseyannykh mikroorganizmy v shersti,” Vestn. NTU “KhPI”, no. 16, pp. 103-108, 2010.
N. G. Kosulina and V. N. Dubik, “Raspredelenie elektromagnitnogo polya vnutri nasekomykh-vreditelei urozhaya plodovykh kultur,” East.-Eur. J. Adv. Technol., vol. 6, no. 4(48), pp. 50-52, 2010.
N. G. Kosulina, “Teoriia elektromahnitnogo polya — obiazkova osvitnia komponenta zahalnoi abo profesiinoi pidgotovky v tekhnichnykh (inzhenernykh) osvіtnykh programakh,” Scientific World Journal (SWJ), vol. 22, no. 4, pp. 3-7, 2023, https://doi.org/10.30888/2663-5712.2023-22-04-004 .
H. Resch, “High-frequency electric current for drying of wood — historical perspectives,” Maderas. Ciencia y Tecnología, vol. 8, no. 2, pp. 67-82, 2006. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2006000200001 .
D. Elustondo, A. Keane, and S. Gaffney, “Advances in wood drying research and development,” Drying Technology, 2023. https://doi.org/10.1080/07373937.2023.2205530 .
L. Bi, X. Li, and Y. Wang, “Analysis of heat and moisture transfer in the microwave wood drying process,” Drying Technology, 2023.
D. Wang, X. Li, X. Hao, J. Lv, and X. Chen, “The effects of moisture and temperature on the microwave absorption power of poplar wood,” Forests, vol. 13, no. 2, 2022. https://doi.org/10.3390/f13020309 .
A. Hermawan, T. Priadi, T. Murano, H. Sakagami, and N. Fujimoto, “High temperature drying: A review of fundamental research and development in wood drying,” Drying Technology, vol. 42, no. 16, pp. 2282-2298, 2024. https://doi.org/10.1080/07373937.2024.2423021 .
O. Coman, T. Leuca, and S. Vicaș, “Numerical modeling of drying wood in high frequency electromagnetic field,” Journal of Electrical and Electronics Engineering, vol. 5, no. 2, pp. 37-40, 2012.
Saltik, “Effects of microwave and infrared + microwave drying of wood materials on energy consumption, water absorption, and mechanical properties,” BioResources, vol. 20, no. 1, pp. 282-294, 2025.
K. Mishra, M. K. Dubey, S. S. Chauhan, and A. K. Sethy, “Radio frequency assisted drying of wood: A comprehensive review,” Wood Material Science and Engineering, vol. 20, no. 2, pp. 291-304, 2025. https://doi.org/https://doi.org/10.1080/17480272.2024.2344041 .
X. Zhao, and C. Lee, “Characteristics of radio frequency/vacuum combined with mechanical press drying of heavy softwood timbers with longitudinal kerf,” Holzforschung, vol. 75, no. 1, 2020.
M. U. H. Joardder, and M. A. Karim, “Toward uniform microwave heating in food drying: Principles, technologies, and emerging trends,” Food Engineering Reviews, vol. 17, pp. 946-965, 2025. https://doi.org/10.1007/s12393-025-09426-5 .
F. J. R. Mascarenhas, A. M. P. G. Dias, and A. L. Christoforo, “State of the Art of Microwave Treatment of Wood: Literature Review,” Forests, vol. 12, no. 6, art. 745, 2021. https://doi.org/10.3390/f12060745 .
Q. Yin, and H.-H. Liu, “Drying stress and strain of wood: A review,” Applied Sciences, vol. 11, no. 11, art. 5023, 2021. https://doi.org/10.3390/app11115023 .
W. T. Simpson, Drying and Control of Moisture Content of Wood, USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, 1991.
F. F. P. Kollmann, and W. A. Côté, Principles of Wood Science and Technology: Solid Wood, Springer-Verlag, 1968.
K. K. Pandey, and A. J. Pitman, “FTIR studies of the changes in wood chemistry following thermal treatment,” Wood Science and Technology, vol. 37, no. 5, pp. 441-450, 2003. https://doi.org/10.1007/s00226-003-0173-9 .
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
