挤压法生产固体焦糖色素流场分析

该文对螺杆挤压法生产固体焦糖色素的机理进行了分析。采用POLYFLOW软件包提供的网格重叠技术,模拟挤压机熔体输送段三维等温流动,并分析挤压加工焦糖色素过程中流道内的压力、速度、剪切速率和黏度分布规律,为了解挤压过程和对螺杆挤压机进一步优化提供参考依据。研究以蔗糖为原料,用挤压法生产固体焦糖色素,分析转速变化及机筒温度变化对焦糖色素色率的影响,得到色率随转速的增加先增加后减小,随机筒温度的增加而增加的结论。     

双螺杆食品挤压机计算机控制系统研究

为了提高双螺杆食品挤压机挤出食品的质量，在对挤压过程进行了分析和研究的基础上，研制了一套计算机控制系统。该系统能够自动控制双螺杆食品挤压机的各区温度和机头压力，能够在计算机屏幕上实时模拟挤压机的工作状态。经现场使用表明，该控制系统工作稳定、可靠，操作方便，省时、省工，确保了双螺杆食品挤压机挤出食品的质量的提高。     

双螺杆食品挤压机计算机控制系统研究

为了提高双螺杆食品挤压机挤出食品的质量，在对挤压过程进行了分析和研究的基础上，研制了一套计算机控制系统。该系统能够自动控制双螺杆食品挤压机的各区温度和机头压力，能够在计算机屏幕上实时模拟挤压机的工作状态。经现场使用表明，该控制系统工作稳定、可靠，操作方便，省时、省工，确保了双螺杆食品挤压机挤出食品的质量的提高。     

土壤温度预报方程研究进展

土壤温度(尤其是地表温度)是陆地和大气之间相互作用中关键的物理量,在地球系统中扮演了十分重要的角色。土壤温度预报技术一直是陆面模式、数值天气预报和气候预测中核心科学问题。本文系统回顾了土壤温度预报方程的研究进展,从经典的热传导方程到考虑了土壤水分垂直运动物理过程的热传导-对流方程,从用单一正弦波逼近到用傅里叶级数逼近地表温度日变化,从假设对流参数无日变化为常数到考虑其日变化,着重概述了土壤热传导-对流方程的创建、改进及求解。最后,本文对热传导-对流方程在地表能量平衡、土壤水分垂直运动、水通量和地震、冻土热传输研究中的应用进行了回顾。同时指出,全相态的土壤水和植物根系对热传导-对流方程的影响是土壤温度预报方程未来的研究方向。     

气流改善泡沫树莓果浆微波干燥均匀性提高能量利用率

为满足浆果低能耗、高品质的生产过程的需要,采用理论分析、数值模拟与台架试验相结合的方法,研究气流与微波协同作用对泡沫果浆干燥均匀性和微波能利用率的影响规律。结果表明:在气流与微波协同干燥中由于物料的介电特性指标及表观导热、气体渗流、气相导热、液相导热等系数变化,从而影响泡沫果浆料层中传热、传质过程。泡沫果浆传热及传质系数变化,影响泡沫果浆内部热传导及水分传递,温度及含水率直接影响泡沫果浆介电特性指标,进而影响物料微波能吸收。气流在料层边界热对流量及料层内的热传导量是表征气流、微波协同作用的主要指标,当料层边界热对流量与内部热传导量比值低于27.79时,气流与微波协同作用产生正向效应,提高微波能利用率;当料层边界热对流量与内部热传导量比值高于27.79时,此协同作用产生负向效应,降低微波能利用率;气流携带泡沫果浆中蒸发出的水蒸气,降低物料表层湿空气压力,导致泡沫果浆气泡的产生和破裂,强化传热传质过程,进而提高料层内温度及含水率分布均匀性。当气流速度小于1.5m/s时,气流速度与干燥均匀性呈显著正相关;当气流速度大于1.5m/s时,气流速度对物料干燥均匀性影响不显著;在气流速度为1.5m/s时,干燥时间短,微波能利用率最高,相比无通风时提高了17.57%,微波能吸收量、温度及含水率分布的均匀度分别提高了20%、19%及27%,符合低能耗、高品质的浆果干燥生产要求,研究结果为浆果微波泡沫干燥工艺优化提供依据。     

挤压引起食品特性变化的数学模型研究综述

挤压是一项有效的食品加工技术,物料在挤压机内既受到加热又受到剪切,经历的是一个非等温过程,且停留时间出现分布。正确建立挤压食品特性变化的数学模型是对产品质量进行预测和控制的基础,可以将描述挤压引起的食品特性变化的数学模型分为6类:流变模型、动力学模型、降解模型、膨胀模型、质构模型和统计模型。含水率、温度、停留时间分布(RTD)、时温历程、剪切历程等因素都可能对产品特性产生影响。该文详细论述了在建立前3种模型的过程中如何考虑这些因素的影响。该文最后简要论述了今后的研究方向。     

食品加工用三螺杆挤压机

发展挤压食品巨大的市场空间推动了中国螺杆类食品挤压机械的不断创新。结合作者对食品加工用螺杆类挤压机的研究实践及食品加工的特点，就“一”字排列的和三角形排布的两种三螺杆挤压机的几何设计构型，论述了凭借三螺杆挤压机成倍增多的啮合区，以小直径、小长径比的多螺杆组合，使食品的挤压蒸煮作用及产量得到有效提高，说明了三螺杆挤压机在食品加工技术经济上的优越性。     

基于有限元模型的欧姆加热预煮鸡蛋凝固过程解析

针对传统的鸡蛋预煮方法升温条件不可控,蛋清、蛋黄凝固状态难以控制等问题,该研究通过试验明确了蛋壳导电性能,在此基础上建立并验证了欧姆加热预煮鸡蛋过程的有限元模型,研究了欧姆加热预煮鸡蛋过程中鸡蛋内部的温度分布,分析了欧姆加热对鸡蛋凝固过程的影响,明确了电场强度和摆放方向对鸡蛋内部升温速率与温度分布的影响。结果表明：欧姆加热条件下,蛋壳可近似视为绝缘体;欧姆加热预煮鸡蛋是壳外溶液在欧姆效应下温度升高,通过热传导作用来实现的;建立了欧姆加热预煮鸡蛋的有限元模型并进行验证,温度模拟值与实测值之间的相对均方根误差均小于5%;鸡蛋长轴沿垂直电极板方向摆放,有利于改善鸡蛋内部加热均匀性;可以通过控制欧姆加热条件确定鸡蛋的凝固状态,达到控制鸡蛋蛋清、蛋黄凝固时间及状态的目的。研究结果可为开发基于欧姆加热的鸡蛋预煮装置提供参考。     

双螺杆挤压加工玉米面膨化食品的工艺和配方研究

研究了采用BC45型双螺杆挤压机加工玉米食品的工艺和配方。通过口感评价和膨化度等对比,得出了较优的工艺参数和食品配方,即工艺参数：螺杆转速150 r/min,模头温度160℃,供料量30 kg/h;食品配方：玉米面69.6%,大米粉17.4%,盐1%,糖4%,水8% 。     

考虑土壤分层的竖直埋管换热器传热特性研究

建立柱热源的分层土壤地埋管传热模型,利用分层岩土热响应试验验证模型的准确性,并与均质土壤模型比较分析了不同工况下地埋管换热器的传热特性。结果表明:使用均质土壤模型分析地埋管换热器传热特性会低估该埋管系统的换热能力,在变进口流体温度、变进口流体流速和变管径工况下,用均质土壤模型估算的单位管长换热量及钻孔平均导热系数,比分层土壤模型估算值分别低7.00%和6.62%、6.20%和6.19%、6.57%和6.56%;由于分层土壤模型考虑了土壤热物性沿埋管轴向分布、土壤温度也呈分层非均匀分布的特点。分层土壤、均质土壤模型模拟的最大热作用半径基本相同,且随着模拟时间的延长,分层土壤模型模拟土壤温度场温度分布呈均匀化趋势。由此可见,分层土壤模型可更好的揭示土壤热特性、热传导及热分布规律,将其应用于不同实际工况的系统设计计算可为工程量和工程费用的合理估算提供支持。     

葡萄需冷量和需热量估算模型及设施促早栽培品种筛选

为进一步明确不同模型对葡萄需冷量和需热量的估算效果,并筛选出适宜设施促早栽培的葡萄品种,首先利用≤7.2℃模型、0~7.2℃模型和犹他模型等需冷量估算模型与生长度小时模型和有效积温模型等需热量估算模型分别估算22个供试葡萄品种的需冷、需热量;然后比较不同模型估算结果的年际间变异系数,筛选出最适需冷、需热量估算模型;最后将不同品种的需冷量和需热量聚类分析,筛选出适于设施促早栽培的品种.结果表明:对于供试葡萄品种需冷量的估算,以犹他模型效果最好;对于需热量的估算,采用有效积温模型更为适宜、简单实用.供试葡萄品种中高需冷量品种明显多于低需冷量品种,低需热量品种明显多于高需热量品种.其中无核早红、87-1、莎巴珍珠、香妃和红香妃等5个品种的需冷、需热量均低,花期早、更有利于产期调节,适宜设施促早栽培.     

采用不同监测数据组合反演饱和均质石英砂水热运移参数

土壤及含水层的水力参数与热参数对于定量描述土壤水、地下水迁移规律及其伴生的热运移过程十分重要。为探讨不同监测数据类型组合对多孔介质水热参数估计的影响,该研究基于热示踪方法,开展了3种不同粒径条件下的饱和均质石英砂的热示踪试验,并结合HYDRU-2D模型对介质的饱和导水率、导热系数和纵向、横向热弥散度进行反演。参数估计时分别设置3种情景对介质水热参数进行估计:仅采用观测点温度(R1)、观测点温度+水流通量(R2)、观测点温度+水流通量+热量损失(R3)。并对R1情景设置3种不同参数反演组合,即同时对2组参数(饱和导水率和导热系数)、3组参数(饱和导水率、纵向和横向热弥散度)和4组参数(饱和导水率、导热系数、纵向和横向热弥散度)进行估计。研究结果表明:同时对介质饱和导水率、导热系数与热弥散度进行估计,有利于提高介质水热参数的估计精度;对导热系数的合理估计可减小R1情景中介质饱和导水率的估计误差。4组参数中饱和导水率是敏感性最高的参数,增加用于参数反演的水流运动和热量传递信息时,粗砂、中砂、细砂的累积流量相对误差分别减少了9.74、6.65和12.53个百分点,显著提高了介质饱和导水率的反演精度。饱和导水率的估计值随介质粒径增大而增大,而纵向热弥散度随粒径的变化则呈相反的变化规律,横向热弥散度估值基本不变。增加水流和热量传递信息还能显著提高中砂的导热系数反演精度,导热系数的估计值随着介质孔隙度增大而逐渐降低。研究可为基于不同数据类型的均质介质参数反演提供。     

温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析

估算必要通风量是温室通风设计确定通风机风量和数量、通风口尺寸和位置等硬件设施的前提,但实践中,通过比较满足排热、除湿和增加二氧化碳(carbon dioxide)CO_-2三方面需求而确定必要通风量的方法繁琐,缺少气象数据,温室受热面积修正系数、蒸腾蒸发热量损失系数、室外水平面太阳总辐射照度、室外计算温度、室内设计温度等参数难以确定。为解决这些问题和使农业行业标准《温室通风设计规范》修订版中推荐的必要通风量计算方法更具有操作性,该文分析了3种必要通风量计算方法与通风能力设计时最大必要通风量的关系;借鉴美国空气调节室外计算参数获得方法并采用中国可获得的气象数据,统计得出中国各地12个月份的室外水平面太阳总辐射照度和室外计算干球温度,解决了温室通风设计中无法针对不同使用期估算必要通风量的问题;另外通过分析中国温室主要结构形式、温室受热面积修正系数、蒸腾蒸发热量损失系数、当地气象以及作物叶面积指数等参数之间的关系,明确了温室受热面积修正系数等参数的取值方法。研究表明:通风能力设计时必要通风量应采用排除热量满足温度要求的方法计算。温室受热面积修正系数取值:连栋温室可在1.0~1.3范围内取值,夏季可取1.0~1.1,春秋季可取1.2~1.3,温室规模小、所在地纬度高的地区取较大值;日光温室可在1.0~1.5范围内取值,夏季可取1.0~1.2,春秋季可取1.3~1.5,其中所在地纬度高的地区可取较大值。蒸腾蒸发热量损失系数取值:可根据当地室外含湿量,育苗期在0.65~0.90之间选取,栽培期在0.80~1.15之间选取。     

用土壤温度估算表层土壤导温率与热通量的研究

对比研究了6种用土壤湿度计算表层土壤导温率的方法结果表明，振幅法、相位法、反正切法、对数法虽需较少观测值，计算简单，但结果却不太稳定；谐波法计算过程虽较复杂，但导温度的估算值较稳定，是最可靠的方法之一。利用计算的土壤导温率估算近地表土壤热通量，结果与由温度积分法决定的土壤热通量值非常一致。     

组培微环境热平衡过程的实验研究

温度对组培苗的生长发育具有重要的作用，提高光合光量子通量密度会引起微环境温度强烈变化。为探讨光合光量子通量密度对组培微环境温度的影响，测定了不同光合光量子通量密度下，组培环境中各主要测点温度的历时变化值，分析了组培微环境温度变化的影响因素和热平衡过程，建立了组培微环境的热平衡模式。实验结果表明增高光合光量子通量密度所导致的微环境温升高于经验估测值，必须采取措施降低微环境温度，进一步的分析指出调控组培箱内气温和支承板温度是降低组培微环境温度的有效措施。     

Geostatistical Estimation Variance approach to optimizing an air temperature monitoring network

Monitoring is important and necessary for any scientific study and optimal monitoring makes the project cost-effective. There are many approaches and constraints on the basis of which a network could be optimized. Geostatistical estimation variance reduction is one of the unbiased ways of optimizing a network with a desired degree of accuracy. A monitoring network in Colarado (USA) for measuring air temperature had 21 measuring locations fairly but randomly distributed in the area. The temperature data received from these stations were analysed geostatistically to infer the spatial variability of the parameter. Then a threshold on the maximum S.D. of the estimation error was arbitrarily fixed, by comparing with the S.D. of the data to maintain the order of magnitude. Using the advantage that calculation of the geostatistical estimation error is independent of the measured values, the variance of the estimation error on a uniform grid was calculated to compare with the threshold. A number of additional measurement points were incorporated, a couple of them were removed and some points were also shifted. Thus, an optimal monitoring network evolved. The result shows that with a slight increase in the measurement cost, the accuracy of estimation from the optimized network can be increased considerably.     

Modelling temperature,moisture and surface heat balance in bare soil under seasonal frost conditions in China

Soil heat and moisture processes are interconnected, especially during low temperatures. To examine the interaction between soil temperature and moisture under freeze‐thaw cycles, a physical process‐based model (CoupModel) coupled with uncertainty analysis was applied to 3‐year measurements under seasonal frost conditions from a site in the black soil belt of northeast China. The uncertainty in parameters and measurements was described by general likelihood uncertainty estimation (GLUE). To identify the degree of linkage between soil temperature and moisture, three criteria were applied to them separately or together. The most sensitive parameters among 26 site‐specific parameters were closely related to soil heat, soil evaporation and freeze‐thaw processes. Soil temperature was simulated with less uncertainty than soil moisture. Soil temperature measurements had the potential to improve model performance for soil water content, whereas soil moisture measurements demonstrated a trade‐off effect when finding a model with good performance for both temperature and moisture. During winter conditions the uncertainty ranges of soil temperature were most pronounced, probably because of the greater complexity of soil properties during the freeze‐thaw process and the uncertainty caused by snow properties. The largest uncertainty ranges of both soil water content and soil water storage were found mainly in the deep soil layers. The simulated surface heat fluxes are an important output of the model and it is of great value to compare them with the results from regional climate models and micrometeorological measurements.     

表冷器-热泵联合集热系统的优化及可用能分析

为进一步提升表冷器-热泵联合集热系统的放热性能,并为系统进行节能优化提出方向和途径建议,首先计算了储热池优化水温42℃目标下的实际蓄水量,试验并分析了蓄水量的减少对系统集放热性能的影响;在此基础上,进行了两种集热方式、一种放热方式的可用能分析,进一步明确了系统在3种运行方式时可用能损失的主要位置和原因;最后,提出了表冷器-热泵联合集热系统主要工作部件节能优化的建议。试验结果表明：优化蓄水量为8.4 m³的条件下,系统的放热功率和放热性能系数分别为27.1 kW和6.2,提升了33.5%和37.8%,放热性能提升显著。可用能分析表明,水泵的可用能效率最高,最高可达98.8%;表冷器-风机的可用能效率在表冷器-风机集热方式、热泵与表冷器-风机联合集热方式、放热模式下分别为89.3%、87.8%、60.1%,传热温差造成的不可逆损失是放热模式下效率较低的原因;热泵机组可用能效率最低,仅为46.4%,是后续系统节能优化的重点。该研究为优化提升主动集放热系统的节能性,提供了方向指导和解决新思路。     

畜舍自然通风理论分析与通风量估算

自然通风畜舍通常为大开口建筑,由于开口处的风速和压力分布不均匀,受外界环境影响大,难以确定进风口和出风口的位置,因此,自然通风畜舍通风量的估算值存在很大的不确定度。该研究通过分析通风量关键影响因素、对比不同估算方法结果差异、归纳提高估算准确度的方法,对自然通风畜舍通风理论与通风量估算研究进展进行综述,提出了现有研究的不足和需要进一步完善的内容。自然通风量可以通过压差法、风速法和CFD数值模拟法等直接估算或通过热平衡法、水汽平衡法、CO_2平衡法和示踪气体法间接估算。不同通风量测算方法之间的结果差异在10%～300%之间,估算准确度受开口流量系数、风压系数、动物产热量和产湿量、传感器布置位置等因素的影响,同时使用多种方法进行通风量测算有助于评估测算结果的准确度。CO_2平衡法在实测中应用最为广泛,测算结果相对稳定,但需要规范测试布点和计算取值方法,提高舍内CO_2产生量测算的准确度。水汽平衡法在实测中有一定的应用潜力,也需要提高畜舍水汽产生量的测算准确度,建立动态估算方法。自然通风量尚无准确又无争议的测算方法,现有通风量测算方法更适用于畜舍建筑通风设计,缺乏可以实时、动态调节畜舍通风量或通风口面积的测算方法,生产应用中还需要完善现有方法或建立新的测算方法用以直接、有效地指导自然通风量的调控。     

蓄能型太阳能热泵用复合相变材料热性能分析

为了满足蓄能型太阳能热泵系统在不同季节太阳辐射强度下的储能需求,该文提出一种分季节蓄能型复合相变材料,可实现对太阳能的最大化利用。根据前期研究基础,以48#石蜡、62#石蜡和癸酸(capric acid,CA)配制了48/62和CA/62两种复合相变材料,对不同配比时复合材料的热性能分别进行了DSC试验和蓄热性能试验研究,结果表明不同配比复合材料的潜热和最高吸热峰对应温度均随着62#石蜡含量的增加呈现增大的趋势;复合相变材料的蓄热过程均分为固态显热蓄热、相变蓄热、液态显热蓄热3个阶段;CA/62复合相变材料DSC(differential scanning calorimeter)曲线出现了明显的2个固-液相变峰,其蓄热曲线中相变蓄热过程又分成2段,分别对应癸酸和62#石蜡的固-液相变过程。因此CA/62复合相变材料可用于蓄能型太阳能热泵系统实现分季节蓄能。