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Ts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／(m²·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／(m²·K)范围内。     

玉米热风干燥中对流换热系数和当量导热系数的确定

以玉米作为热风干燥物料，在垂直热吹风干燥实验中，建立了干燥速率与对流换热系数的关系式。提出了由干燥速率来确定热风与玉米的对流换热系数，进而求取厚层玉米当量导热系数的实验方法     

板栗气体射流冲击干燥特性和工艺优化

为了解决板栗深加工中的干燥问题,将气体射流冲击干燥技术应用于板栗干燥,研究了板栗仁在不同风温（70、75、80和85℃）和风速（10、12、14和16 m/s）下的干燥特性;根据单因素试验结果进行了风温、风速和预处理（不烫漂、100℃热水烫漂和100℃蒸汽烫漂）的正交试验。试验结果表明：板栗的整个干燥过程属于降速干燥,风温和风速对板栗的干燥速率均有显著影响,但风温对其的影响比风速更为突出;正交试验各因素对明亮度、蓝黄值和感官评分的影响顺序为：预处理＞风温＞风速,对缩短板栗干燥时间的影响顺序为：风温＞风速＞     

杏子的气体射流冲击干燥特性

为了提高杏子干制的品质、缩短干制时间,该文将气体射流冲击干燥技术应用于杏子干燥,研究了杏子在不同干燥温度（50、55、60和65℃）和风速（3、6、9和12 m/s）下的干燥曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能。试验结果表明：干燥温度和风速对杏子的干燥速率均有显著影响,但干燥温度对其的影响比风速更为突出;杏子的整个干燥过程属于降速干燥,通过费克第二定律求出了干燥过程中杏子的有效水分扩散系数,其值在8.346～13.846×10-10 m2/s的范围内随着干燥温度和风速的升高而增大;通过阿伦尼乌斯公式计算出了杏子干燥活化能为30.62 kJ/mol,表明利用气体射流冲击干燥技术从杏子中除去1 kg水需要消耗大约1 701 kJ的能量。该研究为气体射流冲击干燥技术应用于杏子的干燥提供了技术依据。     

气体射流冲击干燥无核紫葡萄及品质分析

采用气体射流冲击干燥技术设计的葡萄干燥试验装置,可实现温度自动控制,风速、热介质湿度的控制和数据采集与存储。利用该装置对无核紫葡萄干燥工艺和干燥品质进行研究,试验发现,气体射流冲击干燥无核紫葡萄存在预热阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段,随着风温和风速的提高,恒速段干燥速率明显增加,干燥时间缩短,而降速段干燥速率提高不明显。试验风温和风速范围内所得葡萄干理化成分差异不显著;试验还针对Vc降解进行了动力学分析。在试验装置的基础上,开发设计了中试设备并投产运行,其最佳工艺参数为风温65℃,风速20 m/s,耗时为29 h。制得葡萄干含水率（干基）17.1%,可溶性固形物77.8%,可滴定酸2.3%,Vc 6.74×10^-2 mg/g。     

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。     

倾斜料盘式气体射流冲击干燥机优化设计及试验验证

针对现有倾斜料盘式气体射流冲击干燥机流场均匀性差、干燥效率低、干燥产品品质不均一等问题,该研究基于现有气流分配室设计了一种特型均流板并对原有导流板尺寸结构进行优化,利用数值模拟软件Fluent对干燥机中气流场进行模拟,并利用响应面法对料盘倾角、喷嘴间距、料盘至喷嘴间距、喷嘴排列方式等结构参数进行优化。结果表明,喷嘴排列方式由矩形排列改变为交叉排列,喷嘴至料盘高度与喷嘴直径比为6.78、喷嘴间距与喷嘴直径比为1.25、料盘倾斜角度为24°时,气流分配室出口气流速度均匀性得到改善,其速度不均系数和速度偏差比降至1%以下。以新鲜胡萝卜片为例进行干燥机结构优化后性能验证试验。结果表明,优化后的干燥时间缩短28.6%,胡萝卜片干燥成品色泽更好,由于较好地保留了微观结构,收缩率由64.2%降低至50.56%,复水比由3.84提高至4.51。该研究解决了现有倾斜料盘式气体射流冲击干燥机干燥不均匀、产品品质低等问题,可为后续实现高效率、低能耗和高品质的干燥加工提供参考。     

气体射流冲击干燥含水率在线监控系统设计

针对气体射流冲击干燥过程中自动称量受风速、设备运行振动、干燥温度等因素影响的问题,设计了新型干燥设备监控系统,实现了干燥过程中物料质量及含水率的自动获取、即时查看及数据显示和存储。系统通过"停机-稳定-称量-启动"自动称量流程及分温度段分载荷区间线性化校准等方案,有效保证了自动称量精度,通过将从机控制器的运行状态纳入到系统运行逻辑判断中,保证了系统长期运行的可靠性和安全性。系统称量量程0~2 000 g,最小分度值1 g。试验表明:自动称量系统相对误差小于0.7%,含水率(湿基)分析误差在±0.9%范围内,满足了干燥过程中在线物料质量及含水率监测需要。该系统为多种物料的干燥进程判断及产品质量保证提供了自动化监控平台。     

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。     

湿式多片制动器油槽内对流换热系数的数值计算

在已求得湿式多片制动器油槽内三维抛物流流速场的基础上，采用控制容积法进一步计算出摩擦盘在不同速度下，油槽内流体的温度场，并利用边界层理论，最终计算出冷却油与摩擦副之间对流换热系数沿径向的变化规律，从而为湿式多片制动器的开发设计提供了理论依据     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中热质传递特性的影响

为了揭示胡萝卜热风干燥过程中阶段降湿的促干机制,该研究在干燥温度60 ℃、风速3.0 m/s 条件下,研究了相对湿度（20%、30%、40%、50%）及第一阶段相对湿度50%保持不同时间（10、30、60、90 min）,然后第二阶段相对湿度恒定为20%至干燥结束,干燥过程中对流传热系数、对流传质系数和物料表面微观孔隙结构的变化规律。研究结果表明：20%、30%、40%和50%相对湿度下,干燥初始时刻对流传热系数分别为42.9、64.7、135.1和178.9 W/(m2•℃),提高相对湿度能够显著提高预热阶段的对流传热系数（P<0.05）,相对湿度越高,物料升温速率越快。物料吸收总热量、水分蒸发消耗热量占比均随着相对湿度的升高而逐渐降低;物料升温消耗热量占比随着相对湿度的升高而逐渐增大。相对湿度为20%时,对流传质系数为1.01×10-6～2.54×10-6 m/s;相对湿度为50%时,对流传质系数为0.26×10-6～1.12×10-6 m/s;降低相对湿度,能够显著的提高对流传质系数。相对湿度50%保持30 min后降为20%干燥条件下,当干燥时间大于1.5 h后,对流传质系数大于相对湿度50%分别保持10、60和90 min干燥条件下的对流传质系数,此条件下干燥时间也最短。相对湿度50%干燥条件下有利于保持胡萝卜表面的多孔结构,而相对湿度20%干燥条件下,胡萝卜表面因干燥速率过快而导致水分迁移孔道发生收缩堵塞的现象。阶段降湿提高胡萝卜干燥效率的机制在于：干燥升速阶段,高相对湿度提高了对流传热系数,使得物料迅速升至较高温度;且利于维持物料表面多孔结构,有助于内部水分的扩散迁移;干燥恒速和降速阶段,低相对湿度提高了对流传质系数。研究结果可为求解干燥过程中的对流传热系数和对流传质系数提供理论依据,揭示阶段降湿的促干机理,并为阶段降湿干燥方式在农产品的干燥加工应用提供技术支持。     

定点送风降温对母猪周围温度和对流换热的影响

为了满足高温高湿地区或密闭性较差的哺乳猪舍的降温需求,该研究基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值模拟技术,研究了正压定点送风降温方式下不同进风口直径、进风风速和进风温度对哺乳母猪周围气流场、温度场以及机体对流换热量的影响。结果表明：当进风温度为25～27 ℃、进风风速为4～8 m/s、进风口直径为8和12 cm时,母猪周围大部分区域风速低于0.5 m/s、温度高于27 ℃。在相同进风风速和进风温度条件下,进风口直径为12和16 cm的母猪对流换热量高于进风口直径为8 cm的母猪对流换热量。考虑到母猪周围风速和温度的分布以及母猪散热的情况,当进风口直径为12 cm时,既能保证母猪周围区域风速、温度能满足哺乳仔猪的需求,又能保证母猪有较高的对流散热量,推荐在实际生产中使用该尺寸的进风风口。该研究通过CFD模拟分析了定点送风降温方式中相关参数对仔猪活动的产床区域风速和温度分布及母猪对流换热量的影响,为该降温方式在哺乳母猪舍的应用提供理论依据。     

喷嘴结构对气流冲击式速冻机钢带表面换热特性的影响

为了改善现有速冻机存在的效率低、能耗大等问题,该文对比了2种速冻机的喷嘴结构,以期找到提高设备内部换热强度和均匀性的最佳结构。由于速冻机模型较为复杂,为了简化试验模型,本文以冲击式速冻试验台为依托,在验证所建立模型的可靠性的基础上,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟分析比较了气流冲击式速冻机2种喷嘴的换热性能。从钢带表面Nu分布和传热均匀性2个角度出发,分析了不同喷嘴到钢带表面距离与出口直径的比值(H/DE)下圆孔和圆漏斗喷嘴结构的钢带表面换热特性。结果表明,当H/DE值在2~12时,圆漏斗喷嘴结构的钢带表面Nu比圆孔喷嘴结构的Nu高5.41%~15.10%。2种喷嘴结构的钢带表面Nu变化受H/DE值影响较大,受横流影响较小。圆漏斗喷嘴结构的钢带表面传热均匀性指标η值比圆孔喷嘴结构的η值低7.06%~34.52%,圆漏斗喷嘴结构的钢带表面传热更均匀。对比2种喷嘴结构,在冷却空气入口处质量流量相同情况下,圆漏斗喷嘴结构的钢带表面能得到更高的Nu值和传热均匀度,更有利于减少食品的冻结时间,提高速冻机产能以及食品的冻结品质。     

油菜籽流化床恒速干燥传热传质特性及模型研究

在油菜籽干燥过程中,干燥工艺(热空气温度、速度和油菜籽初始含水率)主要影响着恒速干燥阶段的传热、传质系数,为此该文基于恒速干燥阶段,借助流化床干燥试验装置,试验分析了油菜籽初始含水率、热空气温度、热空气流速对油菜籽流化床干燥对流传热、传质系数的影响,结果表明:各影响因素的敏感性主次顺序为油菜籽初始含水率热空气温度热空气流速,其中油菜籽初始含水率为29.72%的对流传热、传质系数约为含水率14.41%的1.9倍,2.25 m/s热空气流速的对流传热、传质系数约为1.75 m/s的1.2倍,65℃热空气温度的对流传热、传质系数分别约为45℃的1.2倍和1.4倍。为此,以对流传热、传质系数为性能指标,根据Box-Behnken试验设计原理,应用Design-Expert 8.0.6软件,建立了影响因子与性能指标的回归模型,通过验证发现对流传热、传质系数两个模型预测值与试验值的最大相对误差仅为4.83%和4.79%,表明该两个回归模型拟合度较好,可靠性较高。研究结果可为强化传热传质提高油菜籽流化床干燥效率提供理论依据,同时也为生产工艺条件选择和干燥设备设计提供理论支撑。     

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。     

基于虚拟仪器技术的温室覆盖材料传热系数测试系统

利用虚拟仪器技术设计了温室覆盖材料的热工性能测试台的测试系统TMS(Thermal Measurement System),阐述了系统的测试原理和方法,给出了硬件组成、软件设计和传感器的选用,以及数据处理优化算法的实现。该系统可完成测试台的温度、风速、加热功率参数的采集及覆盖材料传热系数的计算,应用该系统既提高了测试精度又节省劳动力,提高了测试效率。     

温室覆盖材料传热系数测试台的研究开发

研究开发了基于热箱法原理的园艺设施覆盖材料传热系数测试台,这是适应于园艺设施覆盖材料传热方式和工作环境特点的专用实验设备。该测试台依靠制冷、加热、风机、整流和除湿等调控装置,可全面稳定地模拟实现接近园艺设施覆盖材料实际工作的环境,包括设施内外气温、室外风速和天空辐射背景等条件,可以真实地反映各因素对覆盖材料传热的影响。测试台的测试条件可方便地调节,同时具有较高的测试精度。     

间接加热式列管回转干燥机传热系数模型构建

传热系数是列管回转干燥机设计和热工计算所必须的至关重要的设计参数之一,其精度的高低决定了干燥机尺寸、结构设计以及操作参数的合理性。目前还没有一种能够确切描述其加热管与物料颗粒传热过程的可靠而实用的传热模型。该文在对列管回转干燥机传热机理分析的基础上,提出了列管与颗粒间换热的基本构成为：列管管壁与气体介质间对流、气体介质与颗粒间的导热以及列管管壁与颗粒间的辐射换热;通过对列管回转干燥机内料层膨胀的试验研究,分析了颗粒对列管气膜边界层的影响;在此基础上,建立了预测列管外壁与颗粒间总传热系数的数学模型,并以2 mm直径的陶瓷球为物料,在6个转速条件下测量了管壁与颗粒间的换热系数,对模型进行验证;试验结果表明,模型预测的误差小于13%,可满足工程计算的精度要求。研究结果可为列管回转干燥机传热机理的深入研究提供参考。     

大型速冻设备不同结构蒸发器的传热性能比较

通过对大型速冻设备不同结构型式蒸发器的理论分析和试验研究,分别对不同翅片形状、管径大小以及管子排列方式对蒸发器传热系数的影响进行了分析比较,获得了在工程应用中传热系数最高的蒸发器结构是连续整体带波纹翅片叉排变节距结构的结论。并对这种结构的蒸发器进行试验测试,得到与理论计算相符的传热系数值。