粮食热风干燥含水率在线模型解析

为了揭示粮食在深床动态干燥过程中的含水率变化规律,指导干燥工艺设计,实现干燥过程实时跟踪与调控,提高干燥品质,降低能耗。基于薄层干燥水分扩散模型、深层干燥质量守恒原理、态函数和不可逆热力学分析方法,建立并求解了粮食深床干燥基础方程,获得了顺流、逆流、横流和静置层干燥方式下粮食含水率和干燥速率分布解析式,解析出了粮食在顺流层内经历持续降速干燥的过程,逆流层内存在干燥速率的极值点,在通风温度、湿度、送风量相同的干燥条件下,逆流干燥速率明显高于顺流,表明了逆流干燥能量利用效果优于顺流;粮食在横流和静置层内的干燥特性相同,进风侧和出风侧的干燥速率相差很大,在层厚度0.5 m、粮食含水率20%以上时,出风侧的干燥速率几乎为0,干燥的均匀性较差。在5HP-3.5型循环式缓苏干燥机上的试验结果显示,深层干燥解析值与实测值间的最大偏差为0.69%,极差范围为-0.27%~0.69%,从粮食干燥的惯性特征推断,产生偏差的原因主要是仪器检测误差。解析方法对实现粮食深床干燥过程动态跟踪和调控,指导干燥设计,降低干燥能耗、提高干燥效率和干燥机产能等具有重要意义。     

稻谷逆流循环干燥瞬态解析模型

为了解析稻谷逆流循环干燥过程,基于热质传递理论构建了瞬态解析模型,并采用一阶迎风有限差分格式数值求解,给出了整仓含水率、粮温、干燥段介质温度、含湿量的瞬态变化特征。模拟研究显示,当干燥条件恒定时,系统内含水率随时间和空间均呈现下降期、平台期交替的阶梯变化特征,稻谷温度沿粮流方向呈现下降期、上升期交替的锯齿状分布特征;含水率极大值点在第一干燥段内往复迁移,极小值点则始终处在第二干燥段出粮口处;整仓含水率变异系数随时间变化范围0.006～0.059,当干燥经历完整循环周期时,变异系数最小。不同干燥条件下的模拟发现,进气温度、初始含水率越大,平均干燥速率越大,但粮流速度的变化对平均干燥速率的影响较小。干燥试验显示,在动态干燥条件下,排粮含水率和温度解析值与实测值的变化趋势一致,含水率的解析均方根误差为0.99%,粮温的解析均方根误差为0.49℃,证实了循环干燥解析模型的有效性与可靠性。研究结果为循环干燥系统分析、状态跟踪与参数动态匹配提供了数学解析方法。     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中水分迁移和蒸发的影响

为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响,以及物料表面结壳的成因,该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s时,研究了恒定相对湿度（relative humidity,RH）(20%、30%、40%和50%)、第一阶RH 50%保持不同时间（10、30、60和90 min）而后降为20%,以及基于物料温度自动控制相对湿度干燥条件下的内部水分迁移量（D）、表面水分蒸发量（E）、表面水分累积量（Q）、物料微观结构和复水率。结果表明,恒定RH干燥条件下,D随干燥时间逐渐增大而后趋于稳定,E随干燥时间逐渐增大而后降低。RH越高,物料升温速率越快,D越大;RH越低,E越大。RH为20%、30%和40%时,Q=0的时间分别为1.11、1.36和1.70h,并在此时刻之后物料表面出现明显结壳现象,且RH越大,出现结壳时机越晚;RH为50%时未出现Q<0,可能未出现明显的结壳现象。Q>0时,干燥速率与Q值变化趋势一致;Q<0时,对应干燥速率减小。RH为50%保持30 min后降为20%时,Q=0的时间为1.39 h,相对于RH 20%的干燥条件能够提高物料...     

山药片红外联合热风干燥热质传递收缩模拟与品质

为了准确揭示山药片红外联合热风干燥传热传质机理,在考虑山药片收缩变形特性的基础上,通过有限元软件COMSOL6.1建立了“温度场-湿度场”多场耦合的山药片红外联合热风干燥传热传质模型。模拟研究基于山药片在不同温度（50、60、70 ℃）下收缩变形的传热传质,并通过试验进行验证。分析不同温度对山药片品质（色差、复水比、多糖和尿囊素含量）的影响。结果表明：1）山药片体积比随干燥温度的升高而增加,在干燥温度分别为50、60、70 ℃时,其值分别为34.55%、37.23%、39.04%。2）在干燥温度为50、60、70 ℃时,红外联合热风干燥收缩模型可准确预测山药片干燥过程中干燥温度和含水率,其决定系数R²分别为0.973、0.976、0.981和0.983、0.984、0.974。3）山药片外部温度升高,表面水分开始蒸发,形成水分梯度。随着干燥的继续,红外热量在山药片内部不断积累,导致内部温度升高,水分向外扩散,进而减小了内外水分梯度。随着干燥温度的升高,增加了山药片温度和湿度梯度,促进了热量和质量的传递,提高了水分迁移的速率。4）在60 ℃时,干燥品质最优,其色差为7.49、复水比为2.65 kg/kg、多糖含量为24.17 mg/g、尿囊素含量为2.66 μg/g。该模型为其他物料在红外联合热风干燥技术的模拟研究提供有益借鉴。     

荔枝常压与减压干燥过程的试验研究

在干燥介质相对湿度基本不变和不同的温度条件下，考察了荔枝整果和果皮、果肉、果核各部分在常压和减压下的干燥特性及干燥过程中果内温度的变化特性。查明了果膜对果肉及果核中水分向果壳迁移的抑制力很强；减压干燥虽有利于果皮中的水分扩散，但并不能有效地促使荔枝果肉及果核中水分向外迁移；在整个干燥过程中，整果内的温度上升速度比较缓慢。     

粮食热风干燥系统火用评价理论研究

为揭示粮食干燥系统能量损耗的本质,该文针对粮食热风干燥系统特征、 基准点、干燥室焓 结构及 效率进行深入地理论分析,明确了粮食的含水率是状态函数,确立了干燥系统起算 的基准点,提出了 基准函数,并在湿空气焓—含湿量图上绘出其变化过程,通过 效率分析,揭示了能的"量"与"质"的匹配关系。该文为深一步研究能量损耗的原因、部位,探讨高效节能干燥的途径以及工艺设计、制订合理地系统评价标准,提供了科学地分析方法。     

粮食热风干燥热能结构与解析法

为了揭示粮食干燥系统客观作用效果,定量评价环境条件、粮食状态对干燥机效能的影响,分析了粮食热风干燥势场的来源与特征,建立了干燥特性函数、给出了粮食和介质状态参数解析图,分析了热量及效率,定量评价了热能结构,结果发现利用温度和相对湿度变化范围分别为26～35℃和40%～55%的自然空气直接干燥初期湿基含水率38.6%的高湿稻谷,平均小时降水率达1.2%,在5HP-3.5型循环干燥机上的热风干燥试验结果显示,稻谷的干基含水率由27.06%降至16.96%的过程中,单位气耗量由最初的113.0kg/kg增加到了546.4 kg/kg,单位热耗量由最初的2548.9 kJ/kg增加到了16352.7kJ/kg,排气热损失由最初的6.2%增加到了30.6%。解析出了造成干燥效率偏低的主要原因是热能匹配性较差。指出了评价粮食干燥工艺及干燥机能量利用效果不能忽视客观干燥的作用。研究结果为指导干燥设计,形成粮食干燥系统公平的评价标准,提供了科学的解析方法。     

粮食干燥传递和转换特征及其理论表达

干燥是不同物系间多场协同作用的复合系统,期间发生的?传递和转换特征尚未揭示,工程应用存在不同场间的耦合关系及其作用效果定量表达的理论空缺。为此,该文基于?分析法,解析粮食与干燥介质间的?传递和转换特征,给出热?、流动?,扩散?及其?效率定量评价理论表达式,基于焓-含湿量状态参数图,分析干燥系统状态参数间的内在联系及相互制约关系。研究结果表明,干燥是热?、扩散?和流动?同时作用的结果,热?是水分汽化必须的有用能;扩散?源于粮食中多余的水分,扩散?效率取决于水蒸气的状态,在扩散过程中,温度场和压力场同时存在,温度梯度与水蒸汽压差方向相反时,强化?效率,一致时则弱化?效率;流动?维持了热?和扩散?传递所需的势差,没有流动?的存在和消耗,热?和湿?的传递则不能有效进行;在通风干燥系统中,含湿粮食和干燥介质是两种不同物系,两种物系之间存在的不平衡势是干燥?传递和转换的动力;干燥可以归结为含湿粮食趋向系统介质状态点的?传递和转换的过程;指出了?及?效率都是状态函数,在工程应用时,引入时间坐标,依据环境状态参数和粮食在特定系统中的状态变化特性,可以揭示出?流密度及其?效率变化特征,进而对其能量利用效果做出评价;通过系统的?理论表达及其?效率分析,可以清晰地呈现干燥系统最大?损部位及环节,为评价干燥系统能量利用水平提供了科学的依据,为干燥工艺系统优化指明了能量合理利用的技术途径。     

基于介质湿度控制的苹果片红外漂烫传热模拟与试验

为了揭示空气介质对苹果片红外漂烫的传热作用机制以及对膨化干制的影响，该研究将介质湿度控制技术用于苹果片红外漂烫预处理中，利用数值模拟方法并结合苹果漂烫干燥试验，解析不同介质湿度下苹果片红外漂烫的传热传质规律，探究基于介质湿度控制的红外漂烫预处理对干燥效率和膨化干燥后产品色泽的影响。研究结果表明，基于红外辐射与对流传热原理的数学模型，并考虑物料水分蒸发与蒸汽冷凝能够较好描述红外漂烫的传热传质过程。物料含水率与温度模拟结果的相对误差为0.54%和0.39%。在恒定120℃红外加热温度下，介质相对湿度对苹果片红外漂烫的热质传递、漂烫后干燥效率与产品色泽均具有明显的影响。在低湿的状态下（1%相对湿度）进行红外漂烫，物料表面水分快速向空气介质中蒸发扩散，伴随的水分蒸发耗热量占物料吸热总量的40%，致使物料升温缓慢。将介质湿度提高至50%相对湿度能够抑制苹果片表面的水分蒸发，同时介质中水蒸气冷凝放热能够大幅提高漂烫初期的物料升温速度，漂烫120 s后物料中心温度迅速提高至86.8℃。因此，提高红外漂烫的介质湿度能显著提高漂烫后苹果片干燥速率与产品色泽。与1%相对湿度相比，在120℃、50%相对湿度下红外漂烫后苹果片的预干燥时间缩短了8.3%，苹果片干燥的色差值与褐变指数分别降低了55.6%和37.4%，护色效果优于热水漂烫。研究结果为苹果片等果蔬高质高效干燥的红外漂烫预处理工艺开发提供了新思路。     

牛肉干中红外-热风组合干燥工艺中水分迁移规律

为研究牛肉干中红外-热风组合(combined mid-infrared and hot air,CMIHA)干燥过程中水分迁移的规律,进而阐明这种干燥工艺的合理性,在干燥温度70℃,辐射强度0.48 W/cm2,辐射距离8 cm,风速1 m/s的条件下,通过对比牛肉干CMIHA干燥和热风(hot air,HA)干燥的干燥曲线、热收缩率及测定水分扩散率、内外温差等指标,研究了牛肉干CMIHA干燥过程中水分迁移变化;借助水分低场核磁共振波谱(low field magnetic resonance spectroscopy,MRS)及氢质子成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术分析牛肉干CMIHA干燥和HA干燥过程中水分的状态变化及分布,比较2种干燥方法对牛肉干内部3种状态水的横向弛豫时间、含量、信号幅度及H质子密度的影响,揭示CMIHA干燥牛肉干水分迁移规律。结果表明,与HA干燥相比,CMIHA干燥能够显著提高(p0.05)干燥过程中牛肉干的内、外部温度及其温差,显著降低牛肉干收缩率(p0.05),从而提高CMIHA干燥的水分扩散率(p0.05),加快水分的迁移,提高干燥效率(p0.05);这是由于干燥初期CMIHA干燥能够显著提高牛肉干不易流动水和自由水的横向弛豫时间(p0.05),加快内部不易流动水向自由水的转变,不易流动水的含量、信号幅度显著降低(p0.05),自由水的含量、信号幅度显著提高(p0.05),促进自由水扩散至物料表面而散失;此外,2种干燥方法对牛肉干干燥过程中结合水的影响差异不显著(p0.05)。研究结果为CMIHA干燥在牛肉干生产上的应用提供了理论依据。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。     

基于㶲分析法的粮食逆流干燥系统能效评价与试验

为客观、合理地评价粮食逆流干燥系统的能效,实现粮食高效节能干燥,该文基于?分析法,从气流状态变化考察逆流连续式干燥工艺系统的能量利用程度。结果表明:在试验条件下,干燥机内各干燥段能量利用效果较好。在高温和低温干燥段,排气和干燥室热损失率最高分别不超过6.68%、11.09%和21.26%、9.37%,热效率和?效率不低于83.02%、68.1%和69.37%、56.22%;在冷却段,由于粮温比风温高,风对稻谷有明显的降温去水作用。而系统的平均热效率和?效率为80.24%和64.52%,表明系统能量匹配效果较好,稻谷的平均单位热耗量为2 944.6 k J/kg,与国标≤7 400 k J/kg相比,节能达到60.2%,节能效果明显。研究结果为干燥工艺设计、探索节能的途径和制定粮食干燥系统能效评价标准提供参考。     

干谷物作为干燥介质的谷物吸收干燥过程平衡含水率模型

在Ｍｏｄｉｆｉｅｄ－Ｈｅｎｅｒｄｓｏｎ平衡含水率模型基础上，根据谷物吸湿过程滞后于解吸过程这一规律，提出了以干谷粒作为干燥介质的谷物吸收干燥过程的平衡含水率模型，并分析了湿、干谷物的纯干物质质量比、初始含水率和谷物温度对平衡含水率的影响。结果表明，该模型预测值与实验测定值吻合。     

高水分稻谷分程干燥工艺及效果

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场需求较大和粮食干燥机的保有量较少、干燥机的使用效率受气候条件影响的技术现状,将收获的稻谷分为较高水分干燥过程和较低水分干燥过程。当稻谷含水率高于18%时,采用56～85℃的干燥介质,降水速率为0.90～2.94%/h;当稻谷含水率小于等于18%时,采用50～58℃的干燥介质,降水速率为0.49～0.93%/h。在2次干燥过程之间,采用通风仓暂存。现场试验表明,与恒温干燥工艺相比较,分程干燥工艺在保证稻谷烘后品质的条件下,可缩短干燥时间约12.8h,平均降水速率提高0.7%/h,一个收获期内可使干燥机处理量增加225%,提高干燥机的使用效率152%,且总干燥成本降低5%,有助于又好又快地进行高水分稻谷的干燥。     

小型传导式高温快速滚筒烘干机的试验研究

针对南方广大农村目前的经营规模与经济、技术条件,研制了一种小型传导式高温快速滚筒烘干机。通过单因子试验和二次正交旋转组合试验,研究了其主要技术参数与烘干性能的关系,用回归方程对主要技术参数各种组合的干燥效果进行了预测,并经优化计算,得出最佳组合方案。碾米试验表明,经烘干的高含水率稻谷品质与经日晒的相对比下,且整米率还略有提高。说明它是当前农村用以保护稻谷品质,防止霉变的一种经济可行技术。     

面条干燥过程的湿热传递机理研究进展

干燥是挂面生产过程中较难控制的加工工序。干燥工艺不合理易造成产品质量问题,而水分和热量传递是影响挂面质量特性的重要因素。该文主要介绍了挂面干燥过程水分和热量的传递规律、机理和数学模型等研究结果,分析了水分传递研究的方法和水分分布的测定方法。综合分析认为,挂面干燥过程研究应进一步关注水分和热量传递机理以及湿热传递数学模型的研究。     

苜蓿气体射流冲击联合常温通风干燥装备设计及试验

针对苜蓿干燥存在的处理量小、耗能高、叶片损失率高的问题,该文将紫花苜蓿的干燥过程分为高温和常温两个干燥段,设计了气体射流冲击联合常温通风干燥装备,包括基于狭缝型气体射流冲击管的气体射流冲带式干燥机和基于环境条件自动控制的常温通风箱式干燥机。利用计算流体动力学软件Fluent对狭缝型气流冲击管内部的流场进行数值模拟。结果显示增设扰流板可以改善狭缝型气体射流冲击管喷嘴出口气流速度分布的均匀性,速度变异系数由不设扰流板情况下的51.1%降为7.7%;利用单片机控制系统进行信息采集并控制通风的进行,解决夜间物料吸湿回潮、发热的问题。以紫花苜蓿作为原料对干燥装备的性能进行试验验证,结果表明:气体射流冲击联合常温通风干燥的苜蓿具有批次处理量大(150 kg/h)、叶片损失率小(干草的叶片损失率为1.5%)、能耗低(单位去水能耗3 408 k J/kg)的优点。研究结果为低能耗、低叶片损失率的苜蓿干燥技术与装备提供参考。