鼓风冻结虾仁时间的数值模拟及实验验证

食品冻结时间对速冻食品的质量和速冻过程的能耗有着重要影响。为弥补实验测量耗时耗材局限性大的缺陷,该文采用计算流体力学（CFD）,对虾仁在鼓风冻结装置中的冻结过程及冻结时间进行了二维非稳态模拟。实验验证表明模型与实际吻合较好,冻结过程中最大温差1.5℃,冻结时间差异百分比为3.8%。在此基础上,还对可能影响食品冻结时间的多个参数（吹风方式,吹风速度,送风温度）进行了模拟研究,结果表明：相比于单侧送风,上下同时吹风的方式大大提高食品换热系数,从而大幅缩短冻结时间;上吹风速度恒定时,随着下吹风速度增大,冻结速率加快;降低送风温度,冻结时间明显减少,但减少的幅度随着冻结温度的降低而不断减小。     

草莓干冰喷射速冻过程的数值模拟与优化

为了有效提高速冻后草莓的品质,该研究提出干冰喷射速冻草莓的方法,设计了干冰喷射速冻草莓的速冻间和干冰喷射装置,利用Comsol软件对速冻间内干冰喷射草莓速冻过程的温度场、速度场和压力场进行模拟,研究了不同干冰喷入速度(0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50m/s),喷入口半径(18、20、23、25、30mm),以及干冰喷入速度为0.20、0.30 m/s时模型内干冰体积分数变化对草莓速冻效果的影响。结果表明:随着干冰入口半径的增加和干冰喷入速度的提高,草莓会更快的冻结。在入口半径为25 mm,流速为0.30 m/s情况下,可以高效实现草莓速冻。对干冰速冻草莓降温性能进行分析,并与现有液氮喷淋速冻草莓降温性能进行比较,结果表明:干冰速冻草莓通过最大冰晶带和草莓完全冻结的时间分别减少63.9%和41.7%,草莓能最大限度地保持原有的新鲜状态和营养成分。对优化的结果进行试验验证,草莓表面温度和中心温度达到标准时误差分别为3.70%和6.03%,草莓干冰速冻前后的品质指标均优于草莓速冻标准。研究结果为进一步开发节能环保的干冰速冻草莓装置提供参考。     

逆流式气-气换热器的设计与性能试验

介绍了一种逆流式气-气换热器的结构、设计及工作过程,并利用数值计算与现场试验的方法对该换热器进行了性能测试。该气-气换热器采用聚丙烯（PP）塑料材料作为换热片,流体方向为逆流式换热。数值方法计算结果表明,换热器换热量与风量呈正相关关系,换热效率随热端风量的增大而提高：热端风量为4 475 m3/h时,换热效率为0.55～0.75;热端风量为7 800 m3/h时,换热效率为0.6～0.8。性能测试的结果表明,该换热器的实际换热效率与数值计算的换热效率基本吻合：热端风量为4 475 m3/h时,实测值为0.45～0.7;热端风量为7 800 m3/h时,实测值为0.65～0.9。因此,该PP逆流式气-气换热器具有很好的换热性能。     

冰水混合间接换热系统中换热器参数试验

利用北方地区冬冷夏热的特点,冬季冻冰蓄冷,夏季利用。采用间接换热冷量交换系统,有利于低碳节能和保护环境。该文对系统中换热器的参数进行了优化试验。以热交换器中的风速、流量、迎风面积、热管长度为影响因素,以热交换器的换热效率为目标,得到换热效率84%以上的较佳参数组合为风速2.54～2.93 m/s,流量0.72～0.80 m3/h,迎风面积11.93～13.51 dm2,热管有效长度7.99～9.95 m。该研究为利用自然冷资源间接换热冷量交换系统中热交换器的设计和应用提供依据。     

免耕播种机开沟圆盘水射流淬火工艺数值模拟及验证

针对免耕播种机开沟圆盘整体淬火后硬度不足且易翘曲变形的问题,该文提出一种水冲击射流淬火方法,利用DEFORM软件对开沟圆盘淬火过程中的硬度和翘曲变形量进行数值模拟,分析了射流阵列参数(喷嘴间距、喷嘴直径和射流速度)对淬火结果的影响,并对工艺参数的优选数值进行了试验验证,二者显示了较好的一致性。结果表明:喷嘴间距是关键工艺参数,当喷嘴间距取4~5 mm时,开沟圆盘可以整体淬透,硬度达到45~49 HRC。开沟圆盘的变形量与喷嘴间距呈抛物线关系,当喷嘴间距取5~6 mm时,变形量达到最大值1.80×10-2~3.30×10-2 mm,淬透后变形量较小。随射流速度的增大,开沟圆盘硬度及变形量均增加,当射流速度为1~6 m/s时,增幅较大,当射流速度6 m/s时,增幅趋缓。在喷嘴直径为4~12 mm范围内,开沟圆盘硬度及变形量均随喷嘴直径加大而增加。优化后的工艺参数为:喷嘴间距为4~5 mm,喷嘴直径为6~8 mm,射流速度为3~6 m/s;此时,开沟圆盘硬度可达45~49 HRC,变形量为1.28×10-2~2.49×10-2 mm。     

干冰喷雾速冻蓝莓的多孔阵列喷嘴

为提高速冻蓝莓的品质,该研究设计多出口阵列喷嘴干冰微粒喷雾速冻蓝莓系统,试验测试获得了蓝莓冻结过程中热物性参数随温度的变化规律,建立速冻腔体内干冰喷雾的速冻模型,利用Fluent软件对蓝莓速冻过程进行数值模拟仿真,获取优化入口流速和喷嘴出口孔径。结果表明：采用圆孔形收缩型喷嘴,设置喷射高度为120 mm,喷嘴入口孔径为30 mm,入口速度为0.25 m/s,出口为圆周孔径5.2 mm×6（6个孔径为5.2 mm的出口）和中心孔径2 mm×4的组合时,整盘蓝莓中心温度从1 ℃降至?18℃用时129 s,实现了蓝莓更均匀快速冻结。对模拟仿真优化结果进行试验测试,得到降温速率最慢的蓝莓完成速冻的时间为127 s,通过最大冰晶生成带的时间为36 s。试验与模拟降温曲线吻合良好。理化性质测试获得干冰微粒喷雾蓝莓速冻前后相关品质变化均优于速冻蓝莓标准。且与?80 ℃液氮喷淋速冻蓝莓的品质做对比,二者理化性质测试结果几乎无差异。研究结果可为进一步优化干冰喷射速冻蓝莓装置提供参考。     

气体射流冲击对流换热系数试验研究

在气体射流冲击试验装置上,冲击温度105～135℃,气流速度6．7～14．4m／s,相对湿度0～30％的范围内,进行了对流换热系数的研究,得到如下结论:物料表面温度T接近饱和温度T_s时,对流换热系数值出现转折,拐点前对流换热系数h为拐点后的3～12倍。在表面温度T＜T_s时,可获得较大的对流换热系数,对流换热系数h随温度、气流速度和湿度的增大而增大,最大可达1403W／(m~2·K)。在表面温度T＞T_s时,对流换热系数值明显变小,且与0％相对湿度的对流换热系数值接近一致;在气流速度为恒定时,温度和湿度对对流换热系数影响不明显;在温度为恒定时,对流换热系数随气流速度的增加而增大,湿度变化对其影响不明显,对流换热系数h在120～136W／(m~2·K)范围内。     

黄金梨差压通风预冷数值分析与实验验证

为给果蔬差压通风预冷送风速度选择、包装箱设计等提供理论参考,根据差压通风预冷流动传热机理,建立了黄金梨预冷仿真模型,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)软件,对包装箱内直排和叉排两种摆放形式黄金梨预冷过程进行了模拟.分析了不同送风速度、开孔形式和开孔大小等参数对黄金梨预冷过程的影响.数值模拟结果和实验测试结果对比分析表明,数学模型较好地反映了差压通风预冷过程中各参数对预冷效果的影响,实验测试验证了理论模型的可靠性.送风速度由1 m/s提高到2 m/s,黄金梨冷却到5℃时,冷却时间减少了15%～20%;开孔形式对冷却时间的影响在5%左右;40 mm和45 mm两种开孔大小工况下黄金梨冷却时间差别在10%左右;两种排列摆放方式对黄金梨冷却时间的影响在10%～12%.建议送风速度1.5～2.0 m/s,圆形开孔,孔径45 mm左右,排列摆放方式为叉排.     

哈密瓜片气体射流冲击干燥特性和干燥模型研究

本文将气体射流冲击干燥技术应用于哈密瓜片的干燥,研究了其在不同干燥温度（60、65、70、75和80℃）和风速（5、10、15和20 m/s）下的干燥曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能,并建立了气体射流冲击哈密瓜片的数学模型。研究结果表明：哈密瓜片的整个干燥过程属于降速干燥,水分有效扩散系数在2.38-4.55×10-9 m2/s的范围内随着干燥温度和风速的升高而升高;通过阿伦尼乌斯公式计算出了哈密瓜片的干燥活化能为29.44 kJ/mol。根据R2、RMSE和X-2得出,Modified Page方程能很好的预测哈密瓜片气体射流冲击干燥的水分比变化规律,该模型与气体射流的温度和风速有关,并得到了各参数的数值和模型表达式。     

石蜡相变储热系统的放热效率

相变储热技术是节能的重要技术之一,对相变储热系统的换热系数以及放热效率的研究,有助于提高相变储热系统的放热效率,对相变储热系统的实际应用有着重要意义。该试验研究了叉排石蜡管束储热系统的整体放热性能,测定了该系统的换热系数及放热效率,并分析了管排数,风速等影响因素。研究表明,在小于3m/s的风速下,空气温度变化在20～55℃的范围内,该类储热系统的换热系数与使用现有准则关联式计算得到的理论值基本吻合;放热效率则随着风速的增大而下降,随管排数的增加而有所提高,最大可达83%;另外,延长放热时间,可以提高换热效率,最高可使放热效率提高62%。     

基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟

为增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动,该研究设计了一种冠层微环境管道通风装置,利用计算流体力学软件（Computational Fluid Dynamics,CFD）构建三维栽培模型。在模型中,将植物冠层区域考虑为多孔介质,多孔介质的黏滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3;LED灯管设置为热源模型,热源模型散热量为297 525 kW/m3。利用模型模拟并实测入口速度为8 m/s时植物冠层表面和上部空间气流速度,发现空气流域的平均误差为16%,模拟值与实测值吻合较好。利用验证的模型模拟不同入口速度下植物冠层的气流分布,结果表明：进气速度设置为8 m/s,该速度下植物冠层内部适宜速度区域体积占比为67.58%,冠层表面适宜速度区域面积占比为55.23%,冠层内部气流平均速度为0.14 m/s。研究表明植物工厂冠层微环境管道通风模式能有效增加冠层气流扰动。     

高压二氧化碳技术速冻双孢菇工艺优化

为解决果蔬速冻加工产品冻结时间长、易发生干耗的问题,该研究采用了高压二氧化碳技术（high pressure carbon dioxide,HPCD）对双孢菇进行了速冻。原料在热烫钝酶的基础上,通过单因素试验和正交试验,结合速冻产品感官评价试验对速冻工艺参数进行了优化。结果表明：HPCD速冻双孢菇最佳工艺参数为处理釜初温6℃、处理釜设定压力7 MPa、卸压时间4 min,且卸压时间为影响速冻产品品质最显著因素。HPCD速冻技术具有良好的工业化前景。     

开孔方案对肉牛舍湿帘冷风机-纤维风管送风降温效果的影响

该研究通过纤维风管4种开孔方案设置,结合湿帘冷风机,满足到达1.3 m高度时,1号、2号、3号及4号风管射流风速分别为1.5、2.3、3.1、3.9 m/s;测量牛舍的环境指标和试验牛的生理指标,比较缓解热应激效果,探索较优化的开孔方案。结果表明：测定期间,4个风管区域之间温度差异不显著（P>0.05）,平均比舍外低2.1℃（P<0.05）;相对湿度均低于85%。试验牛所在3号风管区域平均风速最高,为1.32 m/s;1号风管区域最低,为0.62 m/s。二氧化碳浓度3号风管区域最低,1号风管区域最高（P<0.05）。牛只呼吸频率3号风管区域最低,为42次/min,1号风管区域最高,为52次/min,肉牛呼吸频率与试验区风速显著负相关。该研究表明,湿帘冷风机-纤维风管系统可有效缓解肉牛热应激,开孔方案设置满足到达1.3 m高度时射流风速为3.1 m/s的风管效果最优。     

淹没水射流清洗机清洗蔬菜的作用原理与运动分析

该文介绍了淹没水射流蔬菜清洗机的基本结构特征；根据水力学原理，分析了淹没水射流对蔬菜清洗的作用原理及蔬菜在清洗过程中的运动状态；通过制作试验装置进行试验，验证了蔬菜在淹没水射流作用下的运动规律，为该类清洗机的设计提供了理论依据和试验基础。结果表明：在喷口尺寸、喷口位置等结构参数确定的情况下，喷口射水流速影响蔬菜的运动状态，在该试验装置的结构尺寸下，喷口射水流速达到4.5～5.5 m/s时，可使蔬菜处于良好的搅动清洗状态。     

SE—Structures and Environment: Measurements of Isothermal Compact Ceiling Jets Generated by Rectangular Wall Inlets

Studies of the development of the compact ceiling air jets generated by rectangular wall inlets were carried out. Two types of inlets were applied in the experimental studies. One inlet was designed with an elliptic profile in the contraction section according to the ISO standard for a long-radius nozzle (ISO inlet). Another was a pre-manufactured side-wall inlet with bottom-hinged flap and a top guiding plate (flap inlet). The inlets were placed in the inlet wall and the openings were 0·49 m from the ceiling with an incline angle of 20° pointing upward to the ceiling.Results showed that the three-dimensional jets created by the two types of inlets had similar characteristics in the fully developed turbulent regions. In the vertical symmetric plane, the jet velocity profiles may be represented by a universal similarity model with consideration of the shear stress caused by the ceiling. In the horizontal plane parallel to the ceiling, jet velocity profiles may be described by a Gaussian distribution model. The estimated horizontal distances from the inlet opening to the virtual origin of zero were applied according to the analysis of centre velocity decays of the jets. The velocity decay constants were 5·8 for the ISO inlet and 3·6 for the flap inlet. The jet generated with the flap inlet had lower maximum centre velocity and wider spread angle than the jet created with the ISO inlet. Non-linear model estimation resulted in the jet expansion coefficients of 0·07 and 0·32 for the ISO inlet and 0·08 and 0·50 for the flap inlet in vertical and horizontal directions, respectively.     

不同进风方案下隧道烘干窑热风流场CFD模拟和优化

隧道烘干窑内同一横截面的热风均匀性影响着物料干燥均匀性和产品质量,而烘干窑入口风速分布直接影响着窑内热风流场的均匀分布。为了解决单一风机直进风隧道烘干窑存在的风速不均匀问题,提出了多种进风结构设想,并利用计算流体力学方法对实际生产的隧道窑进风流场进行数值模拟,研究3种不同的进风方案(4风机、6风机和9风机)对隧道窑内热风流场均匀性的影响。模拟结果表明:6风机方案下隧道窑入口处进风均匀,热风扩散距离短,窑内热风流场整体均匀性较佳,综合性价比最高。研究结果为隧道窑入口进风的设计提供参考。     

畜舍热交换芯体-风机热回收通风系统的热回收效果

热回收通风作为一种节能的通风换气方式,可缓解畜舍保温能耗与通风的矛盾。然而民用一体式热回收通风系统在畜舍中直接应用时存在通风量小、单位通风量的设备造价高等问题。该研究设计了适用于畜舍的新型节能热回收通风系统,并研究该热回收通风系统在以下3种不同配置条件下的热回收效果,探究该系统在畜舍中的较佳运行条件:板翅式热交换芯体配置不同迎面风速的热回收效果;新风依次经过2个串联连接的板翅式热交换芯体后的热回收效果;优化了板式热交换芯体与噪声小、风量大的轴流风机的参数配比后的热回收效果。结果表明:在舍内外温差为12.08℃,芯体配置迎面风速分别为1.05和0.86 m/s时,新风温度经过板翅式热交换芯体后分别升高了1.93和2.79℃,显热回收效率、热回收负荷和能效比分别为35.88%和43.63%、0.16和0.19 kW,1.37和1.61,两者显热回收效率均未达到冬季65%的节能标准。在舍内外温差为10.49℃时,新风依次经过串联的2个板翅式热回收芯体,经过第1次热交换后新风温度升高2.59℃,显热回收效率为52.11%,热回收负荷及能效比分别为0.39 kW,3.26;新风经过第2次热交换芯体时热回收作用甚微。优化板式热交换芯体与风机配比后,在舍内外温差为12.12℃,迎面风速为4 m/s时,新风温度升高8.23℃,显热回收效率为69.9%,能效比为8.0,达到了冬季节能标准。从该研究热回收效果看,第3种配置参数条件平衡了热回收效率及通风需求的关系,可满足畜舍大通风量及节能的需求。     

冷库门空气幕性能的影响因素

以一个实际运行的冷库为研究对象,建立了包含冷藏间内部对流、冷库门空气幕射流及室外环境风场流动在内的三维整体耦合求解数值模型。在冷库门和空气幕同时开启的条件下,研究了冷库门空气幕喷口宽度、出口射流速度和喷射角度等参数对空气幕性能和效率的影响规律。结果表明,对于某个具体的冷库,存在最优的空气幕出口射流速度和最优的喷射角度,使得冷库门空气幕的性能最优,效率最大。空气幕的出口喷射宽度也不是越宽越好。     

发酵柑桔皮渣流化干燥传热传质分析

为了开发高效合理的柑桔皮渣发酵—干燥成套设备,需要进行发酵柑桔皮渣的干燥机理分析、传热传质的研究。该文采用流化干燥方法对发酵柑桔皮渣的干燥进行试验研究,建立了小型的流化床干燥试验台,分析了风速、颗粒粒径、初始含水率等对发酵柑桔皮渣流化干燥过程中传热传质的影响。试验表明：流化床的传热传质性能与流体的物理性质、操作参数、颗粒本身的物理性质以及流化床的特性密切相关。试验结果表明,传热系数沿流化床床高增加而减小,在床高4～6 cm之间,传热系数减小的幅度较大;在风速、颗粒粒径、初始含水率3个影响因素中,风速对传热系数的影响最大,当风速从2.06 m/s增大到2.75 m/s时,床高2～4 cm区域的平均局部传热系数增大了近92%。根据试验结果建立了传热传质数学模型并获得了传热无因次准则方程式,为强化传热传质以提高干燥效果提供了理论依据。