热泵间歇干燥白菜种子内部含水率变化规律

为了研究热泵干燥条件下种子内部传质机理,以热泵干燥的白菜种子为研究对象,建立了其非均质动态传质模型,并利用该模型分析热泵恒温连续干燥与间歇干燥条件下种子内部含水率变化规律。研究表明,所建模型能较好的模拟种子含水率的动态变化,模拟值与试验值相关系数为0.9974,相对偏差在±10%以内,模拟精度满足要求;间歇干燥时种子内部含水率更均匀,更有利于种子品质的保证;间歇干燥过程比例系数取1/3、间歇运行周期中运行时间取400s时热泵机组节能近50%。该研究可为热泵干燥技术的应用推广提供参考。     

自动跟踪式小型太阳能集热玉米果穗干燥装置设计

为缩短玉米果穗的干燥制种时间及相应干燥成本,利用中国西北部地区充沛的光热及干燥空气资源,设计了一种安装有太阳能跟踪控制系统的自动跟踪式小型太阳能集热玉米果穗干燥装置。结合该地区气候条件,确定了干燥装置的总体结构设计方案,完成了集热、干燥、控制系统及风机等关键部件设计选型,并利用该装置进行了相关玉米果穗干燥试验。试验结果表明,应用自动跟踪式小型太阳能集热玉米果穗干燥装置能够将含水率为25%的新鲜玉米果穗(湿基)500kg在5d内(36h)干燥至含水率14%(湿基),装置干燥时间较集热器固定作业方式提高7h,平均干燥速率由0.256%/h提高至0.306%/h,满足设计目标,符合玉米果穗等农产品的贮藏、制种干燥要求。     

罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺

采用响应面分析法优化罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺参数。分别以干燥能耗和产品复水率为试验指标,以热泵干燥温度、转换点含水率、微波功率3因素为自变量,设计3因素3水平组合响应面分析试验,得出干燥能耗和产品复水率随热泵干燥温度、联合干燥转换点含水率和微波干燥功率变化的回归模型。三组验证试验的试验值与相应模型预测值的误差绝对值均小于5%。基于能耗最小的优化参数为:热泵干燥温度为34.34℃,转换点含水率为42.12%,微波功率为131.69 W;基于复水率最大的优化参数为:热泵干燥温度为33.87℃,转换点含水率为30%,微波功率为201.43 W。以热泵-微波联合干燥工艺参数组合(干燥温度为35℃,转换点含水率为39%,微波干燥功率取微波炉功率档252 W)进行试验,并与相同工况(温度和风速)热泵干燥试验值进行比较,结果表明,热泵-微波联合干燥时间比热泵干燥时间缩短了2/3;热泵-微波联合干燥罗非鱼片复水40 min,复水率达到57.40%,比热泵干燥的复水率(39.16%)增加46.5%。该文为热泵—微波联合干燥罗非鱼提供参考。     

高水分稻谷干燥工艺试验研究

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要求,采用试验方法,在分批循环式稻谷干燥机上试验了低恒温干燥、变温干燥和变温干燥过程中增加缓苏时间的三种干燥工艺。依据试验结果,分析稻谷含水率、干燥介质温度、稻谷温度、缓苏烘干时间比等参数之间的联系与相互作用。试验表明：稻谷含水率高于21%时,降水速率可大于每小时1%,可采用60～70℃的介质。当稻谷含水率小于18%时,介质温度应小于60℃,降水速率小于每小时1%。当高水分稻谷进行了3～4次烘干缓苏后,利用中间缓苏仓增加缓苏时间,使稻谷内部与表层的温度、水分趋于平衡,有利于改善烘后品质和后续工艺的干燥降水。该结论对高水分稻谷干燥工艺设计和设备研制具有实用参考价值。     

全封闭热泵干燥装置监控系统的设计与试验

为了改善干燥试验过程中的监控方式,提高了试验的精确性和效率,减轻了试验人员的工作负荷,并支持后期数据分析,该课题将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术融合,开发出一套由热泵干燥装置、数据采集与监控系统组成的热泵干燥监控系统。系统由一套全封闭的热泵干燥装置执行干燥过程;数据采集系统采集干燥现场数据,OPC服务器通过通信协议获取数据;监控系统主要具备PLC自动控制和PC机监控功能。试验结果表明,该系统能够实现温湿度精确控制,并具备数据的实时显示、归档、信息报警等功能,将作为后续研究的试验平台。     

不同前处理对饲料玉米比热的影响

为了明确以玉米为原料的配方饲料在调质、膨化、冷却过程中传热传质的基本特性,该文利用差示量热扫描仪(differential scanning calorimeter,DSC)测比热的方法,研究了自然干燥条件下,不同的烘干温度(45～105℃)、含水率(12%～16%,湿基计)、粉碎粒度(0.2～0.6mm)等前处理因素对玉米比热的影响。采用3因素5水平2次正交旋转设计,通过回归分析和响应面分析,建立了玉米比热基于烘干温度、含水率(湿基计)、粉碎粒度的数学模型。研究结果表明:所得回归方程拟合情况良好,当烘干温度为45℃、含水率为12%(湿基计)、粉碎粒度为0.6mm时,玉米的比热值最小为2051J/(kg·K)。此模型的建立可为不同处理条件下玉米比热值的直接获得提供理论方法与依据,为不同配方饲料的湿热加工特性研究提供参考。     

籽棉热风烘干控制干基含水率模型的研究

为了使机采籽棉在清棉、轧花等加工前把水分控制到合适的范围以提高加工质量,需要对籽棉进行一定的烘干处理,并对烘干过程进行实时控制。该文设计了籽棉热风烘干的三因素三水平正交回归旋转试验,研究了喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度这3个因素对籽棉烘干后干基含水率的影响。试验结果表明喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度对籽棉干燥速率都有较明显的影响,烘干过程的前15s干燥速率变化较快,之后趋于平缓。分别使用单项式扩散模型、Page模型和二次多项式模型进行拟合,发现单项式扩散模型拟合效果最好,决定系数R2均值为0.9549。该模型应用于实际生产中籽棉烘干的实时控制。效果表明使用该模型后烘干效率更高,籽棉烘干后干基含水率一致性更好。     

Research on hot-air drying and control model for dry basis moisture content of seed cotton

为了使机采籽棉在清棉、轧花等加工前把水分控制到合适的范围以提高加工质量,需要对籽棉进行一定的烘干处理,并对烘干过程进行实时控制。该文设计了籽棉热风烘干的三因素三水平正交回归旋转试验,研究了喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度这3个因素对籽棉烘干后干基含水率的影响。试验结果表明喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度对籽棉干燥速率都有较明显的影响,烘干过程的前15 s干燥速率变化较快,之后趋于平缓。分别使用单项式扩散模型、Page模型和二次多项式模型进行拟合,发现单项式扩散模型拟合效果最好,决定系数R2均值为0.9549。该模型应用于实际生产中籽棉烘干的实时控制。效果表明使用该模型后烘干效率更高,籽棉烘干后干基含水率一致性更好。     

薄层热风干燥过程含水率在线测量装置研制与试验

针对薄层热风干燥过程自动称量精度受温度波动、气流扰动及机械振动等因素影响的问题，该研究研制了薄层热风干燥装置及其控制系统，以实现干燥过程物料质量及含水率的自动获取、及时查看和数据存储。系统改进了传统称量结构，采用悬吊称量的方式，将称量传感器置于干燥装置外，与干燥环境相隔离以提高称量传感器使用寿命；采用变频器输出频率表征风速的方式，有效避免了热式风速传感器在变温环境中的测量误差；通过称量传感器温度-质量的归一化偏差校正方法及“停风-稳定-称量-恢复”准静态的自动称量流程，开展了温度波动、气流扰动误差特性及装置验证试验，保证了干燥过程中物料含水率的准确获取。试验表明：恒载标定时，采用温度-质量归一化偏差校正方法校正后的质量与恒载质量最大偏差值为0.368 g，与实测质量相比，平均绝对百分比误差降低了84.4%，测量不确定度降低了72.2%；采用停风检测方案后，实测质量与恒载质量的最大偏差值由37.1 g降至0.31 g；物料加载时，在干燥温度35、45及55℃条件下，以手动称量方式下获取的质量及含水率为标准值，自动称量方式下的质量绝对误差分别为0.337、0.415和0.472 g，含水率...     

声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹

针对目前稻谷应力裂纹缺乏有效研究手段的难题,该文提出利用声发射法研究应力裂纹的设想。以天优3301籼型感温三系杂交稻谷为物料,建立稻谷干燥和机械压缩试验声发射检测装置,测量并分析了稻谷干燥、应力和声发射信号之间关联。结果表明:谷粒在干燥和受载过程产生的声发射信号能够被有效检测;干燥过程中声发射信号时序特征与稻谷干燥特性、典型干燥现象关联密切。湿基含水率为22%稻谷籽粒在60℃条件下,在干燥初始加热期0~7 min,稻谷因内部温度梯度形成的应力而释放少量声发射信号;在7~40 min声发射信号伴随温度梯度减弱而消失;在干燥40 min后,声发射信号受水分梯度影响而重新出现,并且信号密集区和水分梯度最大值时间重合,均出现稻谷湿基含水率干燥到14%附近;30~80℃自然冷却中稻谷声发射信号急剧增加,与高温干燥冷却段爆腰率快速上升现象相对应。湿基含水率为20%谷粒在30 N压载过程中声发射信号峰值与应力屈服8 MPa均出现在100 s。该文研究表明声发射法可为研究稻谷应力裂纹提供一种新的方法和途径。     

半封闭热泵干燥系统的热力学分析与试验

为实现谷物干燥装置的车载移动功能,必须通过提高设备性能来实现装置小型化,为此,基于前期谷物干燥试验和理论研究,设计出一种半封闭热泵流化床谷物干燥系统。该系统采用蒸汽压缩式热泵(热泵工质为R134a)提供热量,以卧式多室流化床为干燥器,让热泵蒸发器回收流化床前段排气中水蒸气潜热,鼓入环境状态的新风以回收干燥后物料的热量。针对该系统建立了集流化床内的流动、颗粒传热传质、床层干燥过程与热泵系统耦合为一体的综合数学模型。计算表明：干燥室入口空气温度在60～90℃之间变化时,干燥系统的除湿能耗比（SMER）存在一个最大值。开发出了干燥样机。试验表明：干燥过程中,干燥室入口空气温度在64.4～71.7℃间波动,新风比约为30%,平均热泵性能系数 （COP）为3.34,SMER可达1.935 kg/(kW?h)。模型计算与试验结果吻合良好,采用该装置进行谷物干燥节能效果明显。     

水产品热泵干燥装置性能参数的理论分析

为了降低水产品干燥加工能耗,该文以能源效率和除湿能耗比为指标,对热泵干燥装置性能参数的影响因素进行了分析。根据水产品干燥特性和亚热带地区气候特点,首先对开式热泵干燥系统和闭式热泵干燥系统的能源效率进行了比较;然后以闭式热泵干燥装置为例,对其除湿能耗比的影响因素进行了分析。结果表明,闭式热泵干燥装置的能源效率为2.52,而开式热泵干燥装置的能源效率为2.39,两者相差不大;蒸发温度和冷凝温度对热泵干燥系统的除湿能耗比均有明显的影响,其中蒸发温度的影响尤为显著;为了提高除湿能耗比,可提高蒸发温度和降低冷凝温度。     

热泵干燥槟榔中试工艺参数优化

为了探索新型节能、低碳排放的槟榔干燥技术,应用热泵干燥设备对槟榔进行干燥研究,获得槟榔热泵干燥中试工艺参数。单因素试验分析了煮沸时间对槟榔硬度的影响,干燥温度和装载量对槟榔水分的影响;采用正交试验,通过加权评分值计算方法评价干果品质,优化热泵干燥工艺参数;测定储藏30 d后的干果进行理化和微生物指标;比较热泵干燥、蒸汽干燥和传统干燥槟榔的成本及品质。结果表明,新鲜槟榔经过沸水煮沸15 min,前12 h内干燥温度为50℃、12 h后干燥温度为65℃、装料量为3.5 t、烘房空气相对湿度为25%时,槟榔含水率为16.8%,好果率为96.0%,均匀度为91%,单位质量干果耗电量为0.92(k W·h)/kg,所干燥的槟榔干果综合评分为90.1分,呈橄榄黄或褐色。25℃储藏30 d无霉腐现象,检测结果显示含水率为17.8%,未检测出汞和苯并芘,铅和砷质量分数分别为0.02和0.1 mg/kg,致病菌未检出,大肠菌群数30 cfu/g,霉菌计数为30 cfu/g。经比较,热泵干燥槟榔比蒸汽干燥成本低11%,比传统土炉干燥成本低50%,零排放、无污染、操作智能化。研究结果为槟榔热泵干燥的标准化生产提供技术参考。     

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型（multivariate linear regression model, MLRM）和BP神经网络（back propagation neural network, BPNN）模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明：试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。     

热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验

中国东北地区现有的粮食干燥系统多为大型多段塔式燃煤干燥系统,在粮食干燥过程中,热空气与粮食经过一次换热后,生成的高温高湿废气直接排入了大气,不仅造成了能量的巨大浪费,而且严重污染了环境。该文针对东北地区寒冷气候特点及多段塔式燃煤玉米干燥系统存在的高能耗、高污染问题,开发了一种热管联合多级串联热泵玉米干燥系统,该系统能够实现对多段塔式燃煤玉米干燥中废气的余热回收和废气中杂质的清洁处理,从而达到节能减排的效果。在该系统的基础上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米热泵干燥装备,进行了3种规模的产业化示范,并对300 t/d的玉米热泵干燥系统进行了性能试验。结果表明,系统每小时的耗电量为538 kW·h,除湿速率为2016 kg/h,热泵机组的制热系数COP(coefficient of performance,COP)在3.7~6.7之间,除湿能耗比SMER(specific moisture extraction rate,SMER)为3.75 kg/(kW·h)。对多段塔式玉米热泵干燥和玉米燃煤干燥经济性进行比较研究,结果表明:得到1 kg干玉米的热泵干燥成本为0.038元,而燃煤干燥的成本为0.049元,单位玉米的热泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。与玉米燃煤干燥相比,玉米热泵干燥能大量降低污染物的排放,节能减排效果明显,可为热泵干燥技术在粮食烘干领域应用提供有价值的参考。     

太阳能热泵污泥干燥技术

为解决当前污泥干燥存在的问题,该文研究利用太阳能热泵对污泥进行干燥,阐述了太阳能热泵污泥干燥系统的结构与工作原理,对系统的主要设备进行了计算设计并进行试验及性能分析,最后对太阳能热泵干燥与其他几种典型干燥方式的能耗及经济性做了比较。该系统具有节能、环保、经济等优点,配备太阳能系统平均可节省电量10%左右。该研究可为太阳能热泵干燥污泥的工程应用提供参考。     

污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

热泵干燥婆枣的方案改进和试验对比

枣的人工干制有利于提高产品质量,避免发生丰产不丰收的现象。根据太行山区婆枣的特性,在自行搭建的热泵法箱式干燥器上进行了两种参考方案的干燥试验研究。通过分析干燥速率和干燥质量的变化,提出了改进方案,并进行试验验证。脱水量、干燥能耗和发热量的分析表明：改进的干燥方案符合干燥物内部的水分迁移规律,干燥效果好、节能效果明显。