电磁场分布及物料性质决定了干燥过程内热源的大小及分布,但目前微波冻干中电磁场的计算并没有得到相应的发展。已有的模型可分为3种:均匀场强加热模型;场强衰减加热模型;场强分布加热模型。
(1)均匀场强加热模型。假设物料内部的场强为一定值,则物料内热源的强度为式中P为功率密度,W/m;为角频率,rad/s;f为微波频率,s为真空介电常数,F/m;为相对介电常数;为相对介电损耗因子;为有效介电损耗角度,rad;E为电场强度,V/m;V为物料体积,m为有效损耗正切。此前大部分微波冻干的研究均采用了均匀场强加热模型,但是这一模型仅适用于物料尺寸很小的情况下。冷冻干燥所用物料厚度大约在610mm之间,而微波干燥可用于稍大尺寸的物料,此时物料尺寸已超过微波波长,采用这一模型会带来一定误差。
(2)场强衰减加热模型。利用Lamberts方程来描述物料内的场强分布,这种模型适用于微波吸收能力强、衰减深度小的物料,并已广泛应用于湿物料的微波干燥.由于冻结物料的微波吸收系数下降很多,因此这一模型对湿物料可以得到很好的效果,但对冻结物料则存在一定偏差。Lamberts方程如下式中为衰减系数,m(3)场强分布加热模型。微波冷冻干燥中采用均匀场强模型则物料尺寸过大;采用场强衰减模型则冻结食品的微波吸收系数太小。此外微波冻干过程中随着传热传质的进行,会使电磁场会不断发生变化,而传热传质的进行又取决于电磁场的分布,两者是相互耦合的。因此应计算加热腔中的场强分布。电磁场的数真空与低温值方法有有限差分法、有限元法、边界元法(BEM),边棱元法(EEM)、格林函数法、传输线法等,如何选择合理的计算方法以完善微波冻干模型,是一个重要的研究内容。