微波烘干的干燥控制方法、系统、设备、仿真优化及应用

技术领域

本发明属于微波烘干技术领域，尤其涉及一种微波烘干的干燥控制方法、 系统、设备、仿真优化及应用。

背景技术

目前：水性漆涂装分为机器喷涂和人工喷涂两种：机器喷涂现在市场上较 成熟的有往复机、五轴机、喷淋机、真空喷涂机等，这种设备投入成本较大， 且须有一定的产量支持；还有一种是人工喷涂。传统喷枪加隔膜泵喷涂不用改 造，节省费用，但出枪的流畅性较差。传统喷枪加供油压力桶用压力压送油漆 出枪，适量减少空气压，减少油漆的反弹。节约油漆成本、设备投入小。科姆 林高压泵浦配套高压枪，漆膜雾化好，涂料利用率高，成本加大。因水性漆粘 度较高而喷涂流畅较差，所以人工喷涂建议增加压力桶或使用克姆林喷枪(混 气喷涂)。

水性漆是一种以水为介质的环保型无公害涂料，如何提高水性漆家具的烘 干时间并保持被涂装板料的品质，是水性漆家具生产加工的一大难题。

目前国内水性漆涂装行业的兴起，传统的烘干方式已经不足以满足国内市 场需求以及环保要求为背景，微波借助高频电磁振荡使水性漆中的极性水分子 运动和相互摩擦，产生热量，是一种很有应用前景加热方式，具有加热快、穿 透强的优势，从而可以提升水性漆涂装物料的干燥效率，提高产业效能。据统 计，美国人均年消费家具236美元、德国人年均消费家具371美元，日本人 均年消费家具255美元，而我国大约在12美元左右，仅仅是欧美等发达国家 的5％都不到。尤其是二三线市场、广大农村市场家具的占有率则更低。中国人 真正买成套家具和坐上沙发的人不到4个亿，这说明还有2/3的人还没有用上现 代家具。这为家具行业进一步发展带来巨大的契机，也使得涂料行业的前景巨 大。而油漆挥发的VOC中，包含苯、酯、醛等，这些对人体危害严重，吸入过 量会引发头晕、胸闷、咳嗽等症状，甚至会导致胸膜炎、癌症、白血病等病症 的发生。来自国家环境监测中心公布的数字显示，每年因接触油漆而发生的中 毒死亡人数多达11万人，平均每天约为304人。水性涂料替代油漆是趋势。 传统的家具水性漆干燥主要有4种方式：自然干燥、紫外线干燥、红外线干燥、 热空气干燥。这些干燥方式干燥速度慢、成膜质量差、对外界环境因素要求高 以及成本高。微波干燥水性漆与传统的干燥方式相比较，其优点在于：1)干 燥速度特别快；2)不同的物质对于微波具有选择性吸收，对于被干燥物件没有 形状要求；3)对于涂膜的加热很平均，不存在温度梯度，可以干燥厚膜；4)能 源的利用率高，用传统的烘干设备，其能源的利用率不足50％，而用微波作为 能源的利用率可达75％以上，较传统烘干设备能耗降低25％以上；5)提高工作 效率，微波能够大幅加快水性漆中水分的挥发，从而避免不同气候、不同空气 湿度对家具表面施工的影响。6)微波干燥后的涂膜可以立即打磨和包装处理， 从而大幅缩短每道工艺所需要的时间，极大地提高了生产效率；7)安全卫生、 环保，微波烘干设备无噪音、无污染、更不会产生“三废”问题。因而微波干 燥更加符合需求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)目前国内水性漆涂装行业的兴起，传统的烘干方式已经不足以满足国 内市场需求以及环保要求。

(2)目前国内高效环保型微波烘干设备在家具水性漆行业运用成功的案例 还非常少，装机成功率非常低，采用微波干燥水性漆缺乏足够的理论指导，干 燥工艺有待优化；要求水性漆微波烘干具有缜密高效的工业化流程和控制方法， 以及如何去尽可能地提高干燥效率。

解决以上问题及缺陷的难度为：就目前水性漆烘干产业的起步，缺乏高效 整体的烘干流程和控制系统。其水性漆微波烘干缺乏足够的理论指导，干燥工 艺有待优化。

解决以上问题及缺陷的意义为：

(1)环境效益分析，随着环保政策的执行，以及消费者环保意识的不断提 升，尤其全国各地省市出台了VOC排放限量标准，鼓励使用非溶剂型涂料，给 水性漆等环保涂料的发展带来了机遇。据有关数据资料显示，2014年全国七大 涂装工业重点行业所产生的VOCs总量为300万吨左右，由溶剂型木器涂料所 产生的VOCs最多，达到100万吨，占七大重点行业总量的1/3。虽然目前我国 木器涂料中，水性涂料比例不足10％，但从方案的要求看，这部分产品的增长 在2020年之前将要求至少超过一倍。如果有50％家具企业“油改水”，可以减 少44万吨VOCs排放，相当于减少了整个汽车行业的VOCs排放，而这其中包 括原厂漆和修补漆。换言之整个汽车行业需要100％改用水性，才能达到50％家 具企业改水的减排效果。如果有30％家具企业“油改水”，可以减少27万吨 VOCs排放，等于整个汽车制造用的原厂漆100％水性化。另据中国水漆研究院 统计，以2018年全国涂装市场2000万吨左右的销量计算，占比约60％的工业 漆全部改用水漆，可以减少VOC排放960万吨，相当于节约1920万吨石油的 消耗。

(2)时间成本效益，以枫木合成板橱柜作为试验基材为例，枫木合成板橱 柜整个涂层工艺流程的干燥时间，室温自然干燥时间约为5d，烘箱加热干燥时 间约为9h，而使用微波加热干燥时间仅为20min，效率提高几十倍甚至几百倍。 如果按烘箱加热功率40kW，每天工作8小时计算，每年工作300天，年可节 省耗电约100000度/台，相当于每年减少75吨/台二氧化碳排放。同时，微波加 热干燥每道工序排出的水分更多，甚至可以把前几道工序未排尽的水分排出， 出现超出100％的数据，从而更能保证家具表面涂料干燥的要求。从家具表面涂 料的喷涂效果也可以看出，微波干燥在快速脱水的同时并没有影响到水性漆乳液颗粒的融合、成膜，最终涂膜的性能没有受到任何影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微波烘干的干燥控制方法、 系统、设备、仿真优化及应用。

本发明是这样实现的，一种微波烘干的干燥控制方法，所述微波烘干的干 燥控制方法包括：

八个传感器组成的传感模块及时进行作业监视及反馈，确保载货车的缓存、 进室和出货；

除湿模块内部的除湿器对待烘干货物进行除湿操作；

根据设定要求，当烘干室内的载货车数量满足要求时，则会关闭烘干区两 侧的隔离门对物料进行烘干；冷却模块通过控制风机对货物进行冷却处理。

进一步，(1)系统启动后，自动升起4个隔离门；

(2)提供手动和自动两种操作模式；

(3)动运行模式分四个运行阶段：

第一阶段：准备阶段。开启4个隔离门，降下1～6号阻挡器，启动传动系 统，延时5分钟后进入第二阶段；

第二阶段：首次烘干；依照逻辑关系，首次3辆载货车进入烘干区烘干后 不流入下一个工作区，仍然保留在烘干区等待后面三辆载货车进入进行二次烘 干；

第三阶段：正常工作，当烘干区首次达到6辆载货车后，开启烘干程序对 货物进行烘干，烘干完成后首次进入的3辆载货车流向冷却区进行冷却，同时 经过除湿完成后的3辆一进入烘干区准备进行烘干；在此阶段微波发生器每次 工作时烘干区内部的载货车均为6辆；

第四阶段：结束，通过人工选择进入结束收工阶段。当启动收工后，载货 阻挡器不再执行放下指令；在此阶段中，对最后3件货物的第二次烘干采用3 辆载货车的烘干模式；当自动模式结束后，系统自动恢复到手工模式；

(4)在自动模式运行前，通过触摸屏分别设置工作微波发生器的3辆载货 车烘干模式和3辆载货车烘干模式；

(5)在自动运行模式中，运行出现故障时，系统自动停止运行，故障排除 后，须重新选择方可进入自动运行模式。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器 和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行 时，使得所述处理器执行如下步骤：

八个传感器组成的传感模块及时进行作业监视及反馈，确保载货车的缓存、 进室和出货；

除湿模块内部的除湿器对待烘干货物进行除湿操作；

根据设定要求，当烘干室内的载货车数量满足要求时，则会关闭烘干区两 侧的隔离门对物料进行烘干；冷却模块通过控制风机对货物进行冷却处理。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述微波烘干的干燥控制方法的微波 烘干的干燥控制系统，所述微波烘干的干燥控制系统包括：轨道传输系统、隔 离门、冷却模块、烘干模块、除湿模块、传感模块、人机交互控制模块；轨道 传输系统通过驱动轨道装置，实现载货车的循环运动，将产品依次运送指定的 区域。隔离门实现除湿区、烘干区和冷却区的分工作业，避免相互干扰。除湿 模块通过除湿器实现对货物的除湿。烘干模块通过分组控制的微波发生器对除 湿后的货物进行烘干。冷却模块则是使用受控的风机对货物进行冷却处理。传 感模块通过分布在各个作业区的光纤传感器及时进行作业反馈。人机交互控制 模块通过人机交互控制整个设备的运行状态。

人机交互控制模块与轨道传输系统、冷却模块、烘干模块、除湿模块、传 感模块、传感模块连接。

进一步，所述冷却模块、烘干模块、除湿模块的进口和出口分别安装有隔 离门。

进一步，的微波烘干的干燥控制系统还包括：轨道传动：实现载货车的循 环运动，将产品依次运送到缓存区、除湿区、烘干区、冷却区及卸货区，完成 产品的自动烘干流程，轨道传动由预紧气缸和传动电机组成；

载货/卸货区：完成货物装载，手动放下载货车阻挡器使载货车进入烘干工 作流程；另外，经过烘干后的载货车被传输到载货/卸货区的末端，工人在此将 烘干后的货物卸下，空载货车用于下一次载货；

缓存区：用于对载有待烘干货物的载货车进行缓冲；由两个阻挡气缸和两 个光纤传感器组成：1号阻挡器确保缓存区的载货车不大于三辆，2号阻挡器实 现缓存功能，1号传感器用于检测缓存区车辆是否已经存满三辆，2号传感器对 从缓存区流向除湿区的车辆进行计数，当计数达到3辆时，禁止缓存区的车辆 流向除湿区；

除湿区：对待烘干货物进行除湿操作；采用两个隔离门将此工作区域与缓 存区和烘干区进行隔离；部件为一个载货阻挡器、一个除湿器和一个光纤传感 器：载货阻挡器用于确保除湿过程中载货车不移动，除湿器实现除湿功能，光 纤传感器在确定进行除湿区的载货车为三辆时关闭1#隔离门；

烘干区：对除湿后的货物进行烘干，烘干器件由顶部50个和左右两侧各36 个微波发生器组成，第3个微波发生器为一组，每组单独控制，每次同时工作 的微波发生器不超过48个，烘干区采用一阻挡器保证载货车的停靠；烘干区单 次实现3车或6车货物的烘干，进入烘干区的载货车数量由两个光纤传感器来 确定：4号光纤传感器对进入烘干区的载货车进行计数，5号光纤传感器对流出 烘干区的载货车进行计数；

冷却区：对烘干后的货物进行冷却，位于3#和4#隔离门之间，采用一个光 纤传感器检测进入该区域的载货车数量，使用5号阻挡气缸阻挡载货车进入下 一区域，使用受控的风机对货物进行冷却处理；

出货分隔区：采用一个光纤传感器对冷却区流出的载货车进行计数，当数 值达到3时关闭4#隔离门，8号光纤传感器配合阻挡器对货物调整载货车之间 的距离，确保载货车转弯时不发生碰撞，流出的载货车经传输线输送到载货/鄙 货区完成卸货后再装货进入下一个循环；

隔离门：采用4个隔离门将自动工作区划分为5个区域，1#隔离门位于缓 存区和除湿区之间，2#号门处于除湿区和烘干区之间，3#隔离门将烘干区和冷 却区分隔开，4#隔离门位于冷却区之后处于流水线末端。

本发明的另一目的在于提供一种所述微波烘干的干燥控制方法的仿真优化 方法，所述仿真优化方法包括：在电磁热的作用下，层流干燥气流流经含有液 态水和水蒸气的多孔介质的过程，通过后处理实现对温度以及含水量变化的可 视化。仿真优化为微波干燥水性漆提供理论指导。对不同形状的物料在烘干之 前，可以进行参数化扫描建模，通过多物理场仿真确定最佳烘干参数。

进一步，所述仿真优化方法还包括：

(1)在COMSOL软件，搭建三维模型，模型中包含环绕放置的矩形波导、 厚度为5mm正方形物料、加热腔体和进出风口四个部分；

(2)依次添加电磁热中的微波加热，模拟空间中电场及温度场的分布；非 等温流动中的层流，模拟空间中流动场，探究流体流动对自由流动域中的温度 传递和两个化学物质传递中的稀物质传递模块，模拟液态水的蒸发过程，实现 两相之间质的传递，含水量的变化；

(3)在多孔物料中，液相与气相同时存在，为了对多孔介质域的流体进行 更好的描述，手动定义包含湿空气在内的材料属性属性；将物料的初始含水量 设置为有关坐标的函数；以原点(0,0,0)为中心的a*a*a的物料为例，若表层含水 量由内向外呈现指数变化，距表层t以下的含水量假定恒定，则含水量g描述为：

(4)对模型域进行自由四面体网格剖分，对板材添加边界层；

(5)采用间歇加热的方式，搭建整个间歇加热流程：①：选择步骤频域， 频率选择2.45GHz，勾选电磁波，频域接口，计算空间中电磁场的分布；②：选 择步骤稳态，勾选层流接口，计算空间中流场的速度分布；③：选择步骤瞬态， 时间步设置为range(0,1,t1)，勾选固体传热和流体传热两个稀物质传递接口，求 解变量的初始值采用①的解；④：选择步骤瞬态，时间步设置为range(t1,1,t2)， 勾选流体传热和两个稀物质传递接口，求解变量的初始值采用③的t1时刻的解；

(6)通过添加三维绘图组得出温度的分布状态；含水量通过 W＝Mn_l*cl/rho_p描述，其中Mn_l为每摩尔液态水的分子量、cl为多孔介质板 材中液态水的浓度、rho_p为多孔板材基体的密度；温度跟含水量随时间的变化 曲线通过添加派生值进行绘制。

进一步，所述仿真优化方法还包括：

(1)对物料的外表面进行高精度的网格剖分：以厚度为5mm的正方形物 料为例，在网格剖分的基础上，添加边界层网格，边界层的厚度根据实际外表 含水层情况而定，边界层应当略厚与实际外部涂装含水层；

(2)波导管的位置优化，对于多溃口激励的微波谐振腔体，溃口位置对电 场分布有很大的影响。通过调整波导管的位置可以在很大程度上缓解空间中电 场的不均匀特性；

(3)波导功率及间歇时间的改善，对不同的加热物设置不同的功率相应的 间歇时间来及时散热，并通过流体流动带走箱体内部的湿空气。

进一步包括：选取物料加热时间为设计变量，物料烘干的优化模型为：

Find.Time

Min.g，含水量；

s.t.T(max)

Time，总＝C；

优化目标是在C时间段内，保证物料最高温度不超过A，最终冷却温度不 高于B的情况下，通过调整加热时间，使得物料的含水量g最小。

本发明的另一目的在于提供一种水性漆涂装的方法，所述水性漆涂装方法 使用所述的微波烘干的干燥控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种农产品加工、贮藏的方法，所述农产品加 工、贮藏的方法使用所述的微波烘干的干燥控制系统。

进一步，所述农产品为马铃薯、辣椒、金银花或烟秆。

本发明的另一目的在于提供一种生物质新能源的转化方法，所述生物质新 能源的转化方法使用所述的微波烘干的干燥控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种油田勘探的方法，所述油田勘探的方法使 用所述的微波烘干的干燥控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种修补沥青路面的洞坑与裂缝的方法，所述 修补沥青路面的洞坑与裂缝的方法使用所述的微波烘干的干燥控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种低品质煤提质的方法，所述低品质煤提质 的方法的方法使用所述的微波烘干的干燥控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明基 于PLC的触摸控制系统连接着整个流程模块，所有的模块分手动和自动两种方 式，确保整个操作流程有条不紊的进行。

表1实验干燥效果对比(枫木合成板橱柜作为试验基材)

由表1可以得出枫木合成板橱柜整个涂层工艺流程的干燥时间，室温自然 干燥时间约为5d，烘箱加热干燥时间约为9h，而使用微波加热干燥时间仅为 20min，效率提高几十倍甚至几百倍。如果按烘箱加热功率40kW，每天工作8 小时计算，每年工作300天，年可节省耗电约100000度/台，相当于每年减少 75吨/台二氧化碳排放。同时，微波加热干燥每道工序排出的水分更多，甚至可 以把前几道工序未排尽的水分排出，出现超出100％的数据，从而更能保证家具 表面涂料干燥的要求。从家具表面涂料的喷涂效果也可以看出，微波干燥在快 速脱水的同时并没有影响到水性漆乳液颗粒的融合、成膜，最终涂膜的性能没 有受到任何影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的微波烘干的干燥控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的微波烘干的干燥控制系统的结构示意图；

图2中：1、轨道传输系统；2、隔离门；3、冷却模块；4、烘干模块；5、 除湿模块；6、传感模块；7、人机交互控制模块(PLC)。

图3是本发明实施例提供的三维模型示意图。

图4是本发明实施例提供的自由四面体网格剖分示意图。

图5(a)是本发明实施例提供的温度跟含水量随时间0s的变化曲线示意图。

图5(b)是本发明实施例提供的温度跟含水量随时间10s的变化曲线示意 图。

图5(c)是本发明实施例提供的温度跟含水量随时间20s的变化曲线示意 图。

图5(d)是本发明实施例提供的温度跟含水量随时间30s的变化曲线示意 图。

图5(e)是本发明实施例提供的温度跟含水量随时间40s的变化曲线示意 图。

图5(f)是本发明实施例提供的温度跟含水量随时间50s的变化曲线示意 图。

图6是本发明实施例提供的流场的速度分布示意图。

图7是本发明实施例提供的网格的剖分示意图。

图8(a)是本发明实施例提供的调整波导管的位置一示意图。

图8(b)是本发明实施例提供的调整波导管的位置二示意图。

图8(c)是本发明实施例提供的调整波导管的位置三示意图。

图8(d)是本发明实施例提供的调整波导管的位置四示意图。

图9是本发明实施例提供的50s-300s内的含水量变化示意图。

图10是本发明实施例提供的350s时含水分布示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微波烘干的干燥控制方法、 系统、设备、仿真优化及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的微波烘干的干燥控制方法包括以下步骤：

S101：八个传感器组成的传感模块及时进行作业监视及反馈，确保载货车 的缓存、进室和出货；

S102：除湿模块内部的除湿器对待烘干货物进行除湿操作，微波发生器分 组单独控制，每次工作时的微波发生器不超过48个；

S103：根据设定要求，当烘干室内的载货车数量满足要求时，则会关闭烘 干区两侧的隔离门对物料进行烘干；冷却模块通过控制风机对货物进行冷却处 理。

本发明提供的微波烘干的干燥控制方法业内的普通技术人员还可以采用其 他的步骤实施，图1的本发明提供的微波烘干的干燥控制方法仅仅是一个具体 实施例而已。

本发明提供的微波烘干的干燥控制方法还包括：

(1)系统启动后，自动升起4个隔离门；

(2)提供手动和自动两种操作模式；

(3)动运行模式分四个运行阶段：

第一阶段：准备阶段。开启4个隔离门，降下1～6号阻挡器，启动传动系 统，延时5分钟后进入第二阶段；

第二阶段：首次烘干。依照逻辑关系，首次3辆载货车进入烘干区烘干后 不流入下一个工作区，仍然保留在烘干区等待后面三辆载货车进入进行二次烘 干；

第三阶段：正常工作。当烘干区首次达到6辆载货车后，开启烘干程序对 货物进行烘干，烘干完成后首次进入的3辆载货车流向冷却区进行冷却，同时 经过除湿完成后的3辆一进入烘干区准备进行烘干。在此阶段微波发生器每次 工作时烘干区内部的载货车均为6辆。

第四阶段：结束。通过人工选择进入结束收工阶段。当启动收工后，载货 阻挡器不再执行放下指令。在此阶段中，对最后3件货物的第二次烘干采用3 辆载货车的烘干模式。当自动模式结束后，系统自动恢复到手工模式；

(4)在自动模式运行前，通过触摸屏分别设置工作微波发生器的3辆载货 车烘干模式和3辆载货车烘干模式；

(5)在自动运行模式中，运行出现故障时，系统自动停止运行，故障排除 后，须重新选择方可进入自动运行模式。

如图2所示，本发明提供的微波烘干的干燥控制系统包括：轨道传输系统1、 隔离门2、冷却模块3、烘干模块4、除湿模块5、传感模块6、人机交互控制模 块(PLC)7。

轨道传输系统1与冷却模块3、烘干模块4、除湿模块5、传感模块6、人 机交互控制模块(PLC)7连接，人机交互控制模块(PLC)7与传感模块6、风 机7连接；风机7与冷却模块3、烘干模块4连接。

冷却模块3、烘干模块4、除湿模块5的进口和出口分别安装有隔离门。轨 道传输系统1通过驱动轨道装置，实现载货车的循环运动，将产品依次运送指 定的区域。隔离门2实现除湿区、烘干区和冷却区的分工作业，避免相互干扰。 除湿模块5通过除湿器实现对货物的除湿。烘干模块4通过分组控制的微波发 生器对除湿后的货物进行烘干。冷却模块3则是使用受控的风机对货物进行冷 却处理。传感模块6通过分布在各个作业区的光纤传感器及时进行作业反馈。 人机交互控制模块7通过人机交互控制整个设备的运行状态。

人机交互控制模块(PLC)7通过传动电机实现轨道传输系统1控制，人机 交互控制模块(PLC)7通过风机实现冷却模块3控制，人机交互控制模块(PLC) 7通过微波发生器实现烘干模块4控制，人机交互控制模块(PLC)7通过除湿 器实现除湿模块5控制，人机交互控制模块(PLC)7通过8个光纤传感器实现 传感模块6控制。

本发明基于PLC的触摸控制系统连接着整个流程模块，所有的模块分手动 和自动两种方式，确保整个操作流程有条不紊的进行。由八个传感器组成的传 感模块6及时进行作业监视及反馈，确保载货车的缓存、进室和出货。除湿模 块5内部的除湿器对待烘干货物进行除湿操作，烘干模块4共有将近八十左右 的微波发生器组成，微波发生器分组单独控制，每次工作时的微波发生器不超 过48，根据设定要求，当烘干室内的载货车数量满足要求时，则会关闭烘干区 两侧的隔离门对物料进行烘干。冷却模块3通过控制风机7对货物进行冷却处 理。

本发明提供的微波烘干控制系统由以下几部分组成：

1、轨道传动：实现载货车的循环运动，将产品依次运送到缓存区、除湿区、 烘干区、冷却区及卸货区，完成产品的自动烘干流程。轨道传动主要由预紧气 缸和传动电机组成；

2、载货/卸货区：在此工作区域，完成货物装载，手动放下载货车阻挡器使 载货车进入烘干工作流程；另外，经过烘干后的载货车被传输到载货/卸货区的 末端，工人在此将烘干后的货物卸下，空载货车用于下一次载货。此工作区控 制部件为一阻挡气缸(7号勾子)；

3、缓存区：此区域用于对载有待烘干货物的载货车进行缓冲，以便于同时 对多件货物进行烘干操作。此区由两个阻挡气缸和两个光纤传感器组成：1号 阻挡器确(1号勾子)保缓存区的载货车不大于三辆，2号阻挡器(2号勾子)实现 缓存功能，1号传感器用于检测缓存区车辆是否已经存满三辆，2号传感器对 从缓存区流向除湿区的车辆进行计数，当计数达到3辆时，禁止缓存区的车辆 流向除湿区；

3、除湿区：对待烘干货物进行除湿操作。此区域最多可容纳三辆载货车进 行除湿，此区域采用两个隔离门(1#隔离门和2#隔离门)将此工作区域与上一个 工作(缓存区)和下一个工作区(烘干区)进行隔离。此区域的主要部件为一个载货 阻挡器(3号勾子)、一个除湿器和一个光纤传感器(3号传感器)：载货阻挡器用 于确保除湿过程中载货车不移动，除湿器实现除湿功能，光纤传感器在确定进 行除湿区的载货车为三辆时关闭1#隔离门。

4、烘干区：对除湿后的货物进行烘干。烘干器件由顶部50个和左右两侧 各36个微波发生器组成，第3个微波发生器为一组，每组单独控制，每次同 时工作的微波发生器不超过48。烘干区采用一阻挡器(4号勾子)保证载货车的停 靠。烘干区可单次实现3车或6车货物的烘干，进入烘干区的载货车数量由两 个光纤传感器来确定：4号光纤传感器对进入烘干区的载货车进行计数，5号 光纤传感器对流出烘干区的载货车进行计数。根据设定要求，只有当烘干区的 载货车满足设定要求时，关闭烘干区两侧的隔离门对货物进行烘干。此区域的 电气控制及检测部件为：4组微波发生器，1个阻挡气缸(4号勾子)和2个光纤 传感器(4号和5号)。

5、冷却区：对烘干后的货物进行冷却。此区位于3#和4#隔离门之间，采 用一个光纤(6号)传感器检测进入该区域的载货车数量，使用5号阻挡气缸(5号 勾子)阻挡载货车进入下一区域，使用受控的风机对货物进行冷却处理。

6、出货分隔区：在此区载采用一个(7号)光纤传感器对冷却区流出的载货车 进行计数，当数值达到3时关闭4#隔离门，8号光纤传感器配合阻挡器(6号勾 子)对货物调整载货车之间的距离，确保载货车转弯时不发生碰撞。此处流出的 载货车经传输线输送到载货/鄙货区完成卸货后再装货进入下一个循环。

7、隔离门：系统采用4个隔离门将自动工作区划分为5个区域，在确保各 区域独立工作的同时又具有防止微波世露造成人身伤害的功能。1#隔离门位于 缓存区和除湿区之间，2#号门处于除湿区和烘干区之间，3#隔离门将烘干区和 冷却区分隔开，4#隔离门位于冷却区之后处于流水线末端。

表2逻辑控制要求

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

一、本发明的仿真方法：微波烘干是一个复杂的多物理场耦合过程，需要 考虑的物理效应包含电磁场分布、流体流动、多孔介质传热以及水的蒸发，而 这几种效应都是强耦合的。此模型描述了在电磁热的作用下，层流干燥气流流 经含有液态水和水蒸气的多孔介质的过程，通过后处理实现对温度以及含水量 变化的可视化。

1、在COMSOL软件，搭建图3的三维模型，模型中包含环绕放置的矩形 波导、厚度为5mm正方形板材、加热腔体和进出风口四个部分。

2、依次添加“电磁热”中的“微波加热”(模拟空间中电场及温度场的分布)； “非等温流动”中的“层流”(模拟空间中流动场，探究流体流动对自由流动域中的 温度传递)和两个“化学物质传递”中的“稀物质传递”模块(模拟液态水的蒸发过 程，实现两相之间质的传递，从而研究含水量的变化)。

3、在多孔板材中，液相与气相同时存在，为了对多孔介质域的流体进行更 好的描述，手动定义包含湿空气在内的材料属性属性。涂装板材往往呈现出外 湿内干的分布，为了精确描述板材初始含水量，将板材的初始含水量设置为有 关坐标的函数。以原点(0,0,0)为中心的a*a*a的板材为例，若表层含水量由内向 外呈现指数变化，距表层t以下的含水量假定恒定，则含水量g可以描述为：

4、如图4所示，对模型域进行自由四面体网格剖分，剖分精度视模型大小 而定。为了更加精确的描述涂装板材的含水量变化，对板材添加边界层，提高 计算精度。

5、微波加热速度快、效率高，为了避免微波加热温度过高，采用间歇加热 的方式，而在此过程中风机一直处于工作状态，因而采用以下计算方法来搭建 整个间歇加热流程：①：研究一：选择研究步骤“频域”，频率选择2.45GHz，勾 选“电磁波，频域”接口，计算空间中电磁场的分布。②：研究二：选择研究步骤 “稳态”，勾选“层流”接口，计算空间中流场的速度分布。③：研究三(计算波导 工作时的温度及含水量变化)：选择研究步骤“瞬态”，时间步设置为 “range(0,1,60)”，勾选“固体传热”“流体传热”两个“稀物质传递”接口，求解变量 的初始值采用研究一的解。④：研究四(计算波导非工作状态下温度及含水量 的变化)：选择研究步骤“瞬态”，时间步设置为“range(60,1,360)”，勾选“流体传 热”和两个“稀物质传递”接口，求解变量的初始值采用研究三的60s时刻的解。

6、结果后处理。通过添加三维绘图组可以很容易的看出温度的分布状态； 而含水量可以通过W＝Mn_l*cl/rho_p来描述，其中Mn_l为每摩尔液态水的分子 量、cl为多孔介质板材中液态水的浓度、rho_p为多孔板材基体的密度。温度跟 含水量随时间的变化曲线通过添加派生值(体平均值)方法来进行绘制。0-50s 内板材表面的温度分布状态：如图5(a)-图5(f)。流场的速度分布，如图6 所示。

二、优化方法：

1、网格的剖分：对于涂装产品而言，被烘干物件的内外含水量是有明显差 异的，烘干最剧烈的部位往往发生在物料的外表面，因而，为了提高仿真精度， 需对物料的外表面进行高精度的网格剖分：以厚度为5mm的正方形板料为例， 在网格剖分的基础上，添加边界层网格，边界层的厚度根据实际外表含水层情 况而定，边界层应当略厚与实际外部涂装含水层。如图7所示。

2、波导管的位置优化：

微波加热具有加热不均匀的缺陷，这是由于分布在空间中的电场不均匀所 致，而这种不均匀的特性从根本上是无法消除的，只能通过各种方式进行缓解。 对于多溃口激励的微波谐振腔体，溃口位置对电场分布有很大的影响。通过调 整波导管的位置可以在很大程度上缓解空间中电场的不均匀特性。如图8(a)- 图8(d)。

在上述的对比仿真中不难发现，在空间中呈中心旋转对称的波导放置方法， 并且错开相对的波导方向，会在很大程度上改善电场的不均匀性。

3、波导功率及间歇时间的改善。不同物料的材料属性不同，耐热性能是不 一样的，过高的温度会导致被加热物产生翘边等现象，因此需对不同的加热物 设置不同的功率相应的间歇时间来及时散热，并通过流体流动带走箱体内部的 湿空气。

选取物料加热时间为设计变量，物料烘干的优化模型为：

Find.Time

Min.g(含水量)

s.t.T(max)

Time(总)＝C

优化目标是在C时间段内，保证物料最高温度不超过A，最终冷却温度不 高于B的情况下，通过调整加热时间，使得物料的含水量g最小。如图9所示。

以被加热板材不被破坏可承受的最高温度为95℃，冷却后温度不高于70℃， 总时间为350s为例，如图10所示。

表1

可以看出，在满足工艺T(max)

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合 来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中， 由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普 通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在 处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸 如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载 体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路 或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、 可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的 处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。