基于多物理场耦合的热风干燥模型及其验证

热风干燥是多物理场耦合的过程,存在热风外环境和物料内部湿热迁移共同作用.在质量和能量守恒定律的基础上应用达西定律、菲克定律、傅里叶导热定律,分别构建了热风干燥过程中物料外部与内部的流场、温度场、质量场的控制方程及模型,描述了热风干燥过程中整个干燥室内的湿热传递规律.针对油菜籽热风干燥过程,基于COMSOL Multiphysics对干燥模型进行求解并进行了油菜籽热风干燥实验,以验证模型的有效性.结果表明:物料干基含水率的模型求解结果与真实实验结果最大相对误差为13.3%;在干燥过程中物料存在干区、湿区、蒸发区之分,干区与湿区被蒸发区分开,且蒸发区逐渐由物料外部向物料内部迁移;干燥过程中干燥室内水蒸气浓度先增大后减小,且干燥室中心区域水蒸气浓度比干燥室边缘区域高;物料平均温度在干燥初期迅速上升,中期上升速度逐渐减小,后期趋于平稳且接近热风温度;干燥室边缘区域风速比中心区域风速大,热风流场在极短的时间内达到稳态,其中心区域风速接近为0.     

利用导风板使干燥箱内风量均匀分布的研究

针对塔式圆形干燥箱内风量分布不均匀的问题,设计了导风板装置,通过理论计算分析了导风板的工作原理并求出导风板的数学模型,然后进行数值计算,模拟在导风板的作用下热风在干燥箱内的分布状况,最后通过葡萄干燥试验观察葡萄的干燥速度,结果表明,增加导风板装置后,风量在于燥箱内分布均匀,物料干燥速度一致。     

小型太阳能热风油菜籽循环干燥设备研究

为进一步满足油菜籽干燥过程中低能耗高效率的要求,设计研制了一种小型太阳能热风油菜籽循环干燥设备。设备依靠太阳能集热器提供热风,干燥室内设有一对转向相反的筛网叶轮,转动的叶片延长油菜籽滞空时间,斗式提升机实现物料循环干燥。以油菜籽为干燥对象进行试验,研究干燥室进口热风风速、筛网叶轮转速、物料循环速率对含水率变化的影响,结合试验结果获得设备最优运行工况。试验结果表明：当使用波纹型太阳能集热器,进口风速为5 m/s,物料循环速率为800 kg/h,筛网叶片转速50 r/min时,油菜籽干燥速率最高,可满足日干燥量250 kg的干燥需求。     

穿流箱式干燥机干燥室内的风速场

进行了穿流箱式干燥机的送风空载试验，测定了干燥室内的风速场并分析了风速场不均匀的原因，设置挡风板能有效地改善干燥室内风速场的均匀性。满载烘干试验的结果表明，干燥室内物料干燥均匀程度与风速场分布规律基本一致。     

单板太阳能干燥室内部风场的模拟与优化

为了优化顶风式单板太阳能干燥室内部风速场分布的均匀性,提高单板干燥质量,节约能源,通过计算机软件模拟干燥窑内顶部风机不同风速(3、5、7 m/s)、材堆距离干燥窑侧壁不同位置(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 m)时的干燥窑内部风场分布情况,得出最优的模拟结果,之后再与实际情况进行对比验证。结果表明,当顶部风机风速为5 m/s,材堆与干燥窑侧壁的距离为0.4 m时,内部干燥介质的风速场最为均匀,模拟结果准确,与实际值的误差在10%以内。通过计算机模拟的方法对木材干燥室内部风速场进行数值模拟,可以有效地对干燥窑内风速场的均匀性进行优化。     

基于热风-太阳能-中短波红外的菌类多能干燥装备设计与试验

针对目前食用菌干燥自动化程度低、能耗高问题，文章设计一种热风-太阳能-中短波红外多能干燥装备，旨在降低干燥能耗，提高干燥效率。建立多能干燥装备结构模型和仿真模型，对干燥室温度与气流流场进行数值模拟，在循环风机作用下，干燥室内部温度较均匀，但气流场不均匀，在循环风机口加装间隙10 cm、斜30°向上的均风板可显著改善干燥室内气流状况。以香菇为试验对象对比纯热风干燥（AD）和热风-太阳能-中短波红外多能干燥（ASID）效果，发现AD热效率为56.35%,ASID热效率为62.34%，其中太阳能占总消耗能量百分比为20.19%,ASID比AD少耗时2 h，节能28.40%，同时ASID干燥品质和干燥速率均优于AD。在多能干燥方式下，干燥室内不同位置香菇干燥速率差异较小，干燥装备结构设计合理。     

基于CFD的热风加热装置模拟分析及研究

针对燃煤为热源的热风干燥存在高能耗、污染环境以及燃油炉燃烧产生的热风直接用于干燥将污染物料的问题,设计了一种红外线加热板空气加热装置.运用流体动力学计算软件CFD对该加热装置的二维流场进行了数值模拟,获得该热风加热装置内的流场和温度场,并对加热装置内的气流和温度分布的特点进行分析.结果表明:在导热板和分流板共同作用下,整个加热装置内流场气流分布比较均匀,提高了热能利用率;流场的温度梯度变化明显,出口处温度比较均匀,温度可以达到100℃,满足设计要求,可为热风加热装置的进一步改进提供依据.     

新鲜山核桃坚果原料产地即时热风干燥工艺及优化

为有效掌握新鲜山核桃坚果原料热风干燥工艺,本文选取新鲜山核桃坚果原料作为研究对象,对热风干燥温度、干燥物料层数、风速等因素进行单因素试验,以干燥后贮存期的感官评分、酸价、过氧化值变化作为评价指标。同时根据单因素试验结果设计各因素及相应水平,采用正交试验来优化干燥工艺参数。从试验结果看,山核桃坚果热风干燥的最优干燥参数为:干燥热风温度40℃,干燥物料层数3层,热风风速0.2m/s。此工艺条件下干燥的山核桃坚果原料感官得分较高,酸价、过氧化值较低,可有效提高山核桃坚果原料的干燥品质。     

小型油菜籽分层床式干燥设备的数值模拟及其优化

基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术及多孔介质模型对干燥室内气流场进行数值模拟,并根据模拟结果对小型油菜籽分层床式干燥设备进行优化。结果表明:优化后的干燥设备能够满足油菜籽干燥要求,通过数值模拟可得单一纵向通风时干燥室内存在热风死区,使得干燥均匀性较低,增加横向通风后干燥室内流场分布较为均匀,油菜籽与热风接触面积增大,提高干燥效率及均匀性,且利用生物质能源能够实现节能减排的要求。     

银耳热风换向干燥技术研究

研究以干燥银耳为主的食用菌热风换向干燥新技术取代传统的垂直气流热风干燥。采用垂直气流热风换向干燥与横向水平气流热风换向干燥的2个技术改造方案,分别进行试验。在恒定风速、干燥初始热风温度80℃条件下,分别测定各层物料含水率变化的分布曲线与平均含水率梯度Waj指标,得出较优干燥工艺为干燥温度70~80℃,换向时间间隔1h,分别比传统垂直气流热风干燥速率提高30%与40%,后者还具有相同满负荷工作时间,节电50%,节省占地77.8%的优势。同时给出横向水平气流热风干燥自动化模拟。     

发芽糙米微波干燥室内电场强度分布分析

为提高连续式微波干燥机微波能利用率和发芽糙米干燥品质,运用电磁场仿真软件HFSS,分析磁控管波导安装方式(横式、纵式等)、干燥室内面与面间过渡形式(直角和圆弧)对干燥室内电磁场传递和分布影响规律,优化干燥室内物料输送带安装位置。结果表明,连续式微波干燥机磁控管波导安装方式、干燥室内六条边界面间过渡形式对电场分布均匀性和强度影响显著,磁控管输出波导位置和安装形式对干燥室中输送带上发芽糙米影响最显著。磁控管波导纵向排横列和直棱角微波干燥机干燥室形式,有较高微波能利用率和微波场分布均匀度。研究结果为提高微波干燥发芽糙米均匀性和控制干燥温度提供理论依据。     

基于CFD-EDM耦合的气吸式红枣捡拾机气力输送装置仿真分析

为明确气吸式红枣捡拾机气力输送装置的运动特性,开展了气力输送装置气固两相流的模拟研究。基于气固两相流理论,分别建立了计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method)耦合求解,对红枣从气力输送装置入口到出口的运动状态、颗粒分布和气流场分布进行仿真分析,通过仿真优化试验探究清选箱箱体的设计并试验验证。结果表明：①多数枣撞击拦枣栅和挡枣板后被排出,少数残留于箱体中,少部分被拦枣栅卡住或通过拦枣栅;②箱体的分离室与沉降室易产生涡流现象,增大能量损失,通过拦枣栅的平均流速为17.85 m·s^-1,气流轨迹混乱;③优化后箱体内部气流轨迹沿箱体路径运动并减少涡流现象发生,通过拦枣栅的平均流速减小为6 m·s^-1,可降低红枣因自身动能过大而造成损伤;④优化后箱体的拐角内径为200 mm、箱体入口高度为65 mm时结构最佳;⑤样机试验结果与仿真试验结果较接近。上述结果说明,采用CFD-EDM两相流耦合技术对气吸式红枣捡拾机气力输送装置仿真是可行的,且通过优化箱体结构缩短红枣在气力输送装置中的输送时间、提高样机工作效率,该研究结果可为气力式红枣收获机气力输送装置仿真与优化设计提供参考。     

烘丝工序工艺参数优化与应用

[目的]优化卷烟烘丝工序工艺参数。[方法]对烘丝生产工序工艺技术参数进行了大量的试验和优化,通过对内在品质的评价,寻求适宜工艺运行控制参数。[结果]卷烟烘丝工序工艺运行控制最优参数为:烘丝工作蒸汽压力0.25 MPa,热风温度120℃,热风风速0.5 m/s。在此工艺条件下,烟丝的填充值和结构有明显改善,烟支单重下降了6 mg/支,烟叶原料消耗下降0.42 kg/箱,取得了明显的经济效益。[结论]该研究得出的烘丝过程中适宜的工艺技术参数不仅能改善烟丝的物理质量,利于减少烟支单重、降低消耗,而且能有效提高产品内在品质。     

萝卜丝烘干试验及其干燥性能

利用HSMD-10型烘干箱进行萝卜丝干燥试验，探讨热风温度、热风流量对干燥性能的影响．结果表明，萝卜丝干燥具有典型物料干燥的升温、等速、降速3个阶段，温度和流量对干燥效果的影响显著．     

收割机提升搅龙中干燥稻谷的CFD-DEM数值模拟

针对联合收割机刚收获的稻谷由于含水率较大而易霉变的问题,提出了利用远红外联合热风将稻谷在收割谷物提升搅龙中直接干燥的方法。设计了红外加热器安装在搅龙中心的内加热和安装在搅龙外筒上的外加热2种方案,采用CFD-DEM耦合方法对稻谷运动、传热传质过程以及搅龙内的流场进行了仿真分析,并采用外筒加热方案试验对仿真结果进行了验证。结果表明：模拟值和试验值变化趋势一致,最大相对误差仅为8.34%,试验和仿真结果基本吻合;在不同搅龙转速、热风温度、热风风速和喂入量条件下,外加热方案脱水速率比内加热方案至少快2.91%,说明外加热方案干燥效果优于内加热方案;谷粒的升温随着搅龙转速、热风速度和喂入量的增大而减小,随着热风温度的增大而增大;谷粒脱水速率随着搅龙转速和喂入量的增大而减小,随着热风温度和热风速度的增大而增大。上述研究结果为联合收割机谷物提升搅龙中集成干燥装置的设计及干燥过程的优化提供了理论依据。     

牛大力切片热风干燥特性及其动力学模型建立

【目的】探讨不同热风温度、切片厚度及装载量对牛大力切片热风干燥速率的影响,并建立牛大力切片热风干燥动力学模型,为牛大力干燥工艺探索提供理论依据。【方法】以热风温度（50、60、70、80℃）、切片厚度（2、4、6、8mm）和装载量（100、200、300 g）为考察因素,实时测定各条件下牛大力切片热风干燥过程中水分变化,对常见的5种干燥模型进行筛选,并计算干燥过程中的有效水分扩散系数和活化能。【结果】随着热风温度的升高,切片厚度和装载量的降低,牛大力切片的干基含水量明显减少,干燥速率明显增加。牛大力切片在热风干燥过程分为加速和降速2个阶段,其中大部分干燥过程为降速阶段。牛大力切片热风干燥动力学模型符合Page模型,该模型预测值与试验值拟合度较高（R2=0.969）,拟合方程为ln （-lnMR）=-3.174-0.242H+0.029T-0.006L+（0.721+0.015H+0.002T）lnt,可求得-k=e（-3.174-0.242H+0.029T-0.006L）,n=0.721+0.015H+0.0027,不同干燥条件下牛大力切片的有效水分扩散系数在1.62114×10-10~12.96913×10-10 m2/s,均随着热风温度的升高和切片厚度的增加,总体呈上升趋势;活化能为60.7388 kJ/mol。【结论】Page模型可较好地描述不同切片厚度的牛大力切片热风干燥过程中水分的变化规律,且通过拟合方程能较准确预测热风干燥过程中某时刻牛大力切片的水分比。     

红外—对流滚筒干燥方式下烤烟叶丝质量的变化特征

[目的]研究红外—对流干燥方式下烤烟叶丝质量的变化特征,为探索可行的烟草原料干燥新方法和新工艺提供基础理论依据和技术支持.[方法]以2015年的重庆C041烤烟为原料,采用自行搭建的远红外滚筒干燥装置,考察红外—对流干燥过程对叶丝水含率、表面温度、弹性、填充值、内孔容积及叶丝结构等的影响,并与传统干燥方式下的结果进行对比分析,探究红外—对流干燥过程中叶丝孔径分布的变化.[结果]红外—对流干燥过程中加大红外辐射温度、热风温度均对干燥过程起到强化作用;叶丝填充值随红外辐射温度的升高而增大,随热风温度的升高而减小;热风温度的升高会使叶丝弹性增大,叶丝弹性在红外温度为170℃时最大、145℃时最小;叶丝的内孔容积随红外温度的升高、热风温度的降低而增大,干燥过程中叶丝孔容比例变化较明显为孔径0.50~20.00和0.05~0.50μm;对比两种不同的干燥方式发现:红外—对流复合干燥下的叶丝填充值、内孔容积均大于传统干燥,而弹性相对较小、破碎度相对较高.[结论]在一定范围内,提高红外辐射温度、降低热风温度均有利于维持叶丝的填充值,同时叶丝的孔容会呈规律性变化;与传统滚筒干燥相比,红外—对流滚筒干燥方式下的干燥速率相对较快,可在烟草实际干燥加工中推广应用.