1 成果簡介

微波耦合加熱移動物體的過程，在數學與物理的建模上，通常認為是極其復

雜的過程，普通人員很難掌握，另外，模擬仿真計算還極其耗時。

為解決此問題，我們利用運動的相對性原理和不同物理量(電磁場、溫度場

和流場)在不同坐標系之間轉換，提出了一種計算微波耦合加熱移動物體的數值

計算方法。此法具有操作過程簡易，計算精度高且耗時少的特點，理論上，此計

算方法還適用于微波耦合電磁攪伴器時的加熱過程計算。

2 關鍵技術

從物理場的角度而言，微波加熱是一個典型的多物理場問題，主要涉及的是

電磁場與溫度場能量的轉換與傳導，以及流場（如周圍空氣）與加熱物之間的共

扼傳熱。

在現代工業與科研中，廣泛應用微波加熱。如《Science》和《nature》，分

別在 2016 與 2018 年，刊登了利用微波制作石墨烯技術。但由于微波最大的缺

陷，就是加熱的不均勻性，又極大地影響了微波的應用。

為了改善加熱的均質性，通常使加熱物運動，如旋轉或采用磁攪伴器。380

微波治療腫瘤，被國際醫學界稱為綠色療法，腫瘤細胞死亡最可能萎縮和死

亡在 42.5℃～43.5℃之間，溫度低了則治療腫瘤無效，而溫度高了，又會損傷周

圍健康器官，由于在人體上操作，故要非常謹慎的，所以又限制了微波應用。若

能有一種快速預測的計算方法，能立即得到加熱的溫度場分布，則是一個非常有

意義的事！

針對移動物體的微波加熱，傳統模型計算極其復雜，只有少量專業研究人員

會計算，一般人員很難掌握，同時計算又極其耗時。本方法在此方面進行了大膽

的探索。

3 知識產權及項目獲獎情況

發表了一篇 SCI 論文，專門論述了該方法，詳見：

PU GUANGYi, PU CHENG XI, J. WANG, C. F. SONG, “A method for coupled

microwave heating process and heat transfer simultaneously of moving

objects,” Journal of Food Processing and Preservation, vol. 42, no.1,

e13468, 2018. DOI: 10.1111/jfpp.13468.

4 項目成熟度

該方法計算工作量小，計算方便，且精度高，適合加熱運動物體或電磁攪拌

裝置，或同時加熱運動物體及有電磁攪拌的情況。現在 CAD 與 CAE 技術發展非常

迅速。所以，理論上可以直接利用這些商業軟件進行建模與計算。

5 投資期望及應用情況；

（1） 微波治療腫瘤方面。由于微波能夠穿透到腫瘤內部，直接“殺死”

腫瘤細胞，理論上，遠比高能射線如γ射線效果好，且對人體副作用小。先

前沒有廣泛使用，原因之一是不好控制加熱的不均勻性。若能在治療之前，

先預先計算出加熱物溫度場分布，即預測出溫度場的分布，則可以控制微波

直接“殺死”腫瘤細胞。

（2） 石墨烯的過程制作。

（3） 食品及其他工業與科研的應用。