接触式超声强化热泵干燥苹果片的干燥特性

为研究接触式超声对热泵干燥的强化效应,在热泵干燥机内安装了一套超声波装置,并以苹果片为研究对象,进行接触式超声强化热泵干燥试验,研究超声波功率、干燥温度以及切片厚度对苹果片干燥特性的影响。结果表明:将物料放在超声辐射盘上进行热泵干燥强化,有利于加快物料内部传质过程;随着超声功率和温度的增加以及厚度的减小,物料所需干燥时间逐渐缩短,平均干燥速率逐渐增大;超声对干燥速率的影响随着物料含水率的降低而减弱;在温度较低及物料较薄时,接触式超声的强化效果较好,但其对干燥速率的影响随着温度升高及物料变厚而有所下降;有效水分扩散系数的数值范围为1.333×10-10~1.651×10-9m2/s,且随着超声功率及温度的升高而增大;经过接触式超声处理的苹果片,其组织结构中的孔洞明显增多与扩张,在60 W超声功率作用下还形成了较多微细孔洞,从而有利于物料内部水分迁徙与扩散。将接触式超声技术用于热泵干燥过程的强化,可有效提高热泵干燥速率,缩短物料干燥时间。     

生物介质传质系数Bi-G模型可靠性实验测定

为验证分析Biot数-迟滞因子(Bi-G)关系式估算生物介质热风干燥的对流传质系数与水分扩散系数可靠性,首先采用指数函数对胡萝卜切片干燥实验数据进行拟合,利用Bi-G关系式估算其对流传质系数与水分扩散系数;然后采用该估算值,通过生物介质内部水分扩散遵循Fick第二扩散定律、生物介质-热空气间遵循对流传质的干燥模型,对热风对流干燥胡萝卜切片水分变化进行了数值模拟计算,并对数值模拟计算值与干燥实验数据进行了比较。结果表明:指数函数对干燥实验数据拟合曲线与干燥实验数据吻合不是Bi-G关系式精确估算对流传质系数与水分扩散系数的充分条件,Bi-G关系式不能用来精确估算对流传质系数与水分扩散系数。     

超声波联合热风干燥香菇片试验研究

根据超声波强化传热传质的优点,并结合弯曲振动圆盘的声阻抗特性,设计了一种超声波联合热风干燥的设备,该设备实现了大功率超声与空气介质的有效耦合。通过对香菇片的干燥试验表明,在传统热风干燥中附加频率为20kHz、功率为150W、辐照圆盘直径为21cm的超声波时,可使香菇片的干燥时间缩短至未加超声波前的50%,蒸发每千克水减少能耗约22％。超声波强化热风干燥的机理可能主要归因于超声的机械作用效应,有效强化了由水分内扩散控制的干燥过程。     

全蛋液双频超声真空干燥与水分迁移规律研究

为解决单频超声产生的驻波问题,采用双频超声真空干燥全蛋液。研究了双频超声机理,数值模拟结果表明,在其他条件相同的情况下,双频超声比单频超声具有更好的空化效果。与单频超声相比,使用双频超声干燥全蛋液时,干燥时间缩短了30%,平均干燥速率提高了41.6%,有效水分扩散系数增加了1倍,这说明双频超声有利于缩短物料干燥时间、提高干燥速率,进而可提高能量效率。应用低场核磁共振技术及磁共振成像技术分析单频和双频超声对全蛋液干燥过程中内部水分状态与迁移变化的影响。结果表明,使用双频超声,反演谱图上总体峰面积的下降较单频超声显著,说明双频超声有利于提高物料内水分的流动性,更有利于干燥的进行。干燥初期,反演谱中自由水对应的信号幅值逐渐减小,横向弛豫时间逐渐缩短;在干燥中后期,随着自由水的大量脱除,干燥以脱除结合水、半结合水为主。磁共振成像结果显示,在相同时间段,双频超声干燥比单频超声干燥的H+质子密度图像亮度低,说明双频超声更易促进全蛋液内部水分的脱除。     

胡萝卜切片红外辐射干燥水分迁移特性研究

为探究红外辐射干燥胡萝卜切片内部水分迁移特性,进行了辐射温度为60℃、切片厚度为5 mm时的胡萝卜切片红外干燥试验,并利用低场核磁共振波谱法对胡萝卜切片横向弛豫时间T2图谱进行了分析。试验结果表明,红外辐射干燥过程中自由水和半结合水的横向弛豫时间T2显著大于热风干燥;峰面积A0的衰减速度明显快于热风干燥,即干燥速率、水分变化梯度显著高于热风干燥;试验还得出了红外辐射和热风干燥胡萝卜切片的峰面积随干燥时间衰减趋势拟合方程。试验数据为进一步研究胡萝卜切片的精细化干燥和优化干燥工艺奠定了基础。     

水稻秸秆营养穴盘微波热风耦合干燥动力学模型研究

为探究水稻秸秆营养穴盘的干燥特性及干燥过程中含水率的变化规律,在不同的干燥温度(50、55、60、65、70℃)、热风速度(1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3. 0 m/s)和微波功率(180、360、540、720、900 W)条件下对水稻秸秆营养穴盘进行了微波热风耦合干燥试验,研究不同干燥因素对干燥速率和有效水分扩散系数的影响,并建立了干燥动力学模型。研究结果表明:水稻秸秆营养穴盘微波热风耦合干燥过程只有降速干燥阶段,没有明显的恒速干燥阶段;微波热风耦合干燥可明显增强物料内部的水分扩散能力,提高有效水分扩散系数,且变化规律与水分比的变化规律一致,有效水分扩散系数变化范围为2. 296 41×10~(-8)～6. 147 36×10~(-8)m~2/s。通过对12个干燥动力学数学模型进行拟合,得到Midilli et al模型具有最大R~2平均值、最小的χ~2和均方根误差平均值,且在不同条件下的水分比试验值和预测值具有很好的一致性,说明该模型适合用于预测水稻秸秆营养穴盘微波热风耦合干燥过程中含水率的变化规律。     

欧姆加热预处理对苹果切片热风干燥特性的影响

为了研究欧姆加热的电、热效应对苹果组织水分迁移特性的影响,通过欧姆加热预处理的苹果切片热风干燥试验,研究了欧姆加热的电场强度和温度对苹果切片热风干燥特性的影响,并计算了不同欧姆加热条件下苹果组织水分扩散系数和干燥常数。结果表明:欧姆加热预处理对苹果热风干燥特性具有显著影响,欧姆加热温度越高,电场强度越大,苹果组织的干燥速率越快,干燥速率常数范围为0.017 26～0.021 91;有效水分扩散系数由未处理的2.336×10~(-10)m~2/s变为处理后的3.348×10~(-10)m~2/s,增大约0.43倍,可以有效地提高苹果组织的水分迁移。本研究为欧姆加热预处理的热风干燥工艺提供了参考。     

多孔介质恒温缓慢干燥的孔道网络模型与模拟

在自然多子孔介质参数分析的基础上构建了多子孔介质子孔道网络模型，对其干燥过程中的湿分迁移机理进行了分析。采用Matlab软件模拟恒温缓慢干燥过程，并进行了多子孔介质干燥实验。结果表明，基于孔道网络模型的模拟方法能较好地模拟多孔介质干燥过程，孔道尺寸分布对介质内的相分布影响显著。     

多孔介质常压冷冻干燥质热耦合传递数值模拟

以苹果片为研究对象,研究了基于涡流管制冷效应的常压冷冻干燥技术处理含湿冷冻多孔物料的干燥机制。利用ANSYS ICEM CFD软件对常压冷冻干燥工况建立二维几何模型并对其进行网格划分,采用多孔介质模型,通过有限体积法对控制方程进行离散,迭代求解不同风速和温度下冷冻物料内部水分比及中心温度随时间的变化。通过分析不同干燥工况下物料质热传递变化得出最佳组合参数,研究该干燥条件下不同干燥时刻的速度场、温度场、压力场以及多孔介质干区迁移界面变化规律,并采用入口风速2.5 m/s、辐射温度283.15 K,对模型进行验证。借助SPSS-21软件对物料内部含水率与中心温度的试验值和模拟值进行相关性分析,其R2分别为0.564和0.982,表明试验值与模拟值有较好的一致性,所建模型适用于多孔介质的冷冻干燥。     

荔枝果肉热风干燥薄层模型

利用热泵干燥装置探讨了热风温度和热风风速对荔枝果肉干燥水分比MR和干燥速率U的影响。结果表明:荔枝果肉薄层热风干燥是内部水分扩散控制的降速干燥过程。对9种常见食品薄层干燥模型进行试验数据非线性拟合,通过比较评价决定系数R2、卡方χ2和标准误差eRMSE以及试验验证,结果显示Page模型是描述荔枝果肉薄层热风干燥过程的最优模型。不同干燥条件下有效水分扩散系数Deff和活化能Ea的求解结果表明,有效水分扩散系数Deff随热风温度和风速的增加而变大,平均活化能Ea为29.939 kJ/mol。     

脉动燃烧尾气干燥过程质量传递特性

在Helmholtz型脉动燃烧器尾管中进行了耐火土颗粒的干燥实验,通过干燥法中的简化法确定了不同频率下物料内部的水分扩散系数。应用费克第二定律,结合适当的初始条件和边界条件,并根据实验确定不同频率下脉动气流与耐火土颗粒间的对流传质系数,探讨脉动频率对脉动燃烧干燥过程中气流与物料间的对流传质系数的影响,建立了修伍德数与脉动频率间的关联式。结果表明,在干燥过程中气流的脉动可强化物料内部水分扩散,脉动气流传质的修伍德数远高于相同雷诺数下稳定紊流中的数值。     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果，分析了越冬期土壤水热状况的变化规律     

切片多孔介质对流干燥传质模拟软件开发研究

根据非平衡态热力学和相平衡理论,建立了多孔介质对流干燥内部传质模型、传热模型,该模型充分考虑了传热与传质之间的相互藕合关系。用VB编程软件对该模型进行了分析求解,设计开发模拟软件。以切片土豆为例进行传质模拟计算,并与土豆片干燥实验数据进行对比,结果表明:模拟值和实测值十分接近,二者的最大相对偏差小于9.1%。模拟结果显示土豆对流干燥中内部水分由内往外迁移,以及干燥过程中产生的表低内高水分分布规律。     

可溶性大豆多糖超声波提取工艺及其抗氧化性研究

研究利用超声波技术提取大豆多糖对其抗氧化性的影响,确定最佳提取工艺。通过单因素试验和响应面法优化试验,确定各因素对大豆多糖抗氧化性的影响顺序为：超声功率〉料液比〉超声时间〉超声温度;得到最佳工艺参数为：超声时间60 min、超声功率90 W、超声温度55℃、料液比1∶24,在此条件下大豆多糖对羟自由基的清除率为24.8%。     

微波干燥活性米的温度和水分的分布模型

通过建立连续微波干燥活性米过程的质热传递模型,获得活性米微波干燥机内的温度和含水率分布,并在微波强度为1.16、2.75、4.34W/g的条件下,进行活性米温度和水分模型的实验验证,确定传热传质模型的正确性。模拟与实测结果表明:在连续式微波干燥机的干燥末段,温度上升较慢时相应控制微波功率,减少微波干燥的能耗;在干燥段后进入缓苏阶段,使活性米物料内外温度达到平衡,干燥效果更为均匀,又可以保证干燥品质。该研究对活性米的微波加热工艺及控制方面具有指导意义。     

基于无线传感技术的稻田信息监测系统

针对稻田信息监测周期长、环境干扰大、采集速度慢、采集方式管理缺乏自动管理等特点,设计了一种基于无线传感技术的稻田信息监测系统。同时,采用Cluster Tree+AODVjr路由算法和分簇算法进行组合,设计了具有异构性能的节点,配置了不同的天线类型,提高数据传输距离和质量。实验数据表明:该系统可以采集稻田的温度、湿度和土壤含水量,运行稳定,数据正确传输率都在90%以上,空气温度、空气湿度和土壤含水量的相对误差分别为0.43%、0.34%和0.73%。     

果蔬红外辐射干燥动力学的影响因素综述

综合分析了影响果蔬红外辐射干燥动力学的内在因素和外在因素,并阐述了物料在干燥过程中脱水量与各种支配因素的关系,探讨了物料内部水分的迁移、扩散过程,研究了湿物料的传热传质特性,在寻求干燥规律的基础上提出了红外辐射加热技术在果蔬脱水过程中的进一步研究方向。     

Estimation of Moisture Diffusivity Coefficient and Thermal Properties of Alfalfa Pellets

Heat and mass transfer characteristics of alfalfa pellets are needed in the optimization of coolers for freshly-made pellets and in managing storage schedules of the pellets in silos and bins. Moisture diffusivity and thermal properties are important parameters used to characterize the heat and mass transfer ability of a material. In this study, experimental thin-layer data on (a) moisture desorption, (b) moisture absorption and (c) rate of heating of alfalfa pellets were collected. By applying the inverse theory and using second order mass transfer and heat transfer equations in cylindrical coordinates, the moisture absorption and desorption data were used to estimate the moisture diffusivity as a function of moisture content of the pellets while the heating rate data were used to estimate the thermal properties (thermal conductivity and specific heat) as a function of pellet temperature.Better estimates were obtained when moisture diffusivity of the pellets was exponentially related to moisture content in comparison with a linear relation between moisture diffusivity and moisture content. Moisture diffusivity during desorption (2·40×10^-9to 4·12×10^-9 m²/s) was about three times that of the values of diffusivity during moisture absorption (7·50×10^-10to 1·26×10^-9 m²/s). A good fit to the experimental heating rate data was obtained when thermal conductivity and specific heat of the pellets were linearly related to temperature. Over a temperature range of 2 to 110°C, estimated particle thermal conductivities and specific heats of the pellets were in the range of 0·04 to 0·19 W/m K and from 962 to 2114 J/kg K respectively.