水稻顺流干燥工艺缓苏过程的研究

系统地分析了水稻顺流干燥工艺中,谷物温度、降水幅度、初始水分对缓苏过程的影响,通过计算机求解扩散模型,揭示出缓苏与提高干燥能力之间的关系。该文求解出的谷物内部传热传质模型的模拟值与实验结果相符。     

油菜籽过热蒸汽流化床常压干燥过程的数学模拟

为提高过热蒸汽流化床干燥模型的模拟精度,该文基于过热蒸汽流化床干燥机理,结合“双流体”理论建立了描述过热蒸汽流化床干燥过程的非稳态轴对称二维数学模型。利用有限体积法求解模型,模拟研究了常压下油菜籽的过热蒸汽流化床干燥过程及其干燥动力学特性,模拟结果与试验数据相吻合。研究结果表明,该模型能够很好地描述常压下油菜籽的过热蒸汽流化床干燥过程和物料在干燥过程中的运动状态。     

片状食品微波干燥热质传递模型及其干燥特性

为了探索片状食品微波干燥规律，以土豆片为试验模型，对片状食品进行了微波干燥试验和数值模拟研究，获得了土豆片温度变化规律和相应的干燥特征曲线；探讨了微波能水平和切片厚度对干燥过程的影响；根据热平衡和扩散方程建立相应的模型并采用有限差分法求解，试验值与模型计算值基本吻合。土豆片微波干燥经历预热、恒温、快速升温3个阶段：在预热阶段物料干燥脱水少；在恒温阶段物料干燥失去大部分水分；在快速升温阶段物料干燥速率减小，其温度快速上升。恒温阶段物料温度随切片厚度和微波能水平增加而增高；干燥速率不受物料切片厚度变化影响，但随微波能水平增加而增大。     

低压过热蒸汽干燥青萝卜片的逆转点温度研究

低压过热蒸汽干燥与其他传统干燥方法相比,能够较好地保留果蔬类物料中的营养成分,但只有当干燥温度超过逆转点温度时,过热蒸汽干燥才具有干燥效率优势。为了研究果蔬类物料在低压过热蒸汽干燥过程中是否存在逆转点温度,本文以青萝卜为试验物料,分别基于第一降速干燥阶段与整个干燥阶段平均干燥速率,对其低压过热蒸汽干燥过程逆转点温度进行求解。研究结果表明:基于上述2种计算方式,青萝卜片在低压过热蒸汽干燥过程中都存在逆转点温度。在干燥压力为0.009 5 MPa时,基于整个干燥阶段与第一降速干燥阶段计算的逆转点温度分别为92.7℃和86.1℃,当干燥温度为100℃时(逆转点温度以上),低压过热蒸汽与真空干燥的青萝卜片中维生素C的保留率分别为35.13%和33.29%。低压过热蒸汽干燥在逆转点温度以上不仅干燥效率要高于真空干燥,而且青萝卜片中维生素C的保留率也高于真空干燥。     

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。     

荔枝干燥热湿特性模型解析与验证

为了揭示干燥过程中荔枝果体内部温度和水分分布的动态特征,指导干燥工艺设计,提高干燥品质,降低干燥能耗。基于扩散模型,试验考察荔枝果体的干燥特征参数,测试结果显示:在相对湿度10%、温度35℃~50℃范围内,荔枝果体的干燥常数为0.5965~0.6717 h-1,干基平衡含水率在7.55%~60.92%之间;而在相对湿度60%、温度40℃和50℃条件下,荔枝果体的干燥常数分别为0.076和0.098h-1,干基平衡含水率分别为211.35%和141.06%,表明了荔枝的干燥特征参数受干燥条件的影响很大;干燥过程中,果体内部的水蒸气分压力存在最大极值点,在极值点之后的干燥接近于等温变化过程。基于拉氏变换,联立求解了导热基础方程和干燥热平衡方程,得到了荔枝在非稳态干燥过程中果体内部温度和水蒸气分压力分布的解析式。利用初始温度10℃、干基含水率为388%的荔枝果,在干燥温度50℃,相对湿度10%的干燥条件下进行验证试验的结果表明,解析值与试验值比较一致,证实了模型解析预测荔枝非稳态干燥热湿特性的有效性。研究成果充实了荔枝干燥热质传递解析理论,对指导干燥工艺设计,实现节能干燥具有重要现实意义。     

多孔介质干燥过程传热传质研究

该文根据非平衡态热力学和相平衡理论，建立了多孔介质对流干燥内部传热传质过程的二维数学模型，该模型充分考虑了传热与传质之间的相互耦合，用控制容积积分法采用全隐格式对该模型进行分析求解，并与玉米干燥实验数据进行对比。结果表明，表面对流换热系数、干燥介质温度和湿度的变化对热、湿迁移过程均有较大影响，而表面对流传质系数对湿迁移过程影响不大，温度和湿度梯度的耦合产生“局部增湿”现象。     

拟合谷粒干燥温度的数学模型

文中给出拟合降速干燥过程中谷物粒内温度的数学模型。把谷粒看作均质球体,假定粒表面的热扩散系数为一常数且干燥速度严格遵循指数模型。通过拉氏变换,求解基础导热方程,得出粒内温度分布及平均温度变化的解析式并实验验证模型的可靠性。     

直接式太阳能干燥系统的热性能分析及应用

针对直接式太阳能干燥系统在实际应用过程中会存在干燥物料表面温度过高导致品质低下的问题,该文自行设计搭建一种直接式太阳能干燥系统,以红薯为干燥对象对该系统进行试验分析;同时在综合考虑室外气象参数、干燥物料热物性、搭建系统特性的基础上,基于能量平衡原理建立系统热性能动态数学模型,利用MATLAB2014a进行编程求解出干燥物料表面温度,将干燥物料表面温度的试验值与模拟值进行相关性分析,并对设计搭建的直接式太阳能干燥系统的应用进行分析。研究结果表明:物料表面温度的试验值与模拟值之间的决定系数为0.98,均方根误差为1,说明建立的系统动态热性能数学模型能够较准确的预测室内干燥物料表面温度,对防止物料表面温度过高导致物料干燥品质下降具有重要意义;直接式太阳能干燥系统的平均干燥速率比开放式太阳能干燥系统高7.7 g/h,干燥系统所获得的总热能量为3.92 k W?h,其平均太阳能热利用效率为21.23%。     

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。     

大型5HFS-10负压自控粮食干燥机的设计与试验

为了降低一次能源的消耗和提高玉米等粮食干燥产能,结合寒区高水分玉米干燥特性,以负压干燥原理为基础,设计了一种负压自控粮食干燥机.该机采用负压多级顺流缓苏结合的干燥方式,将并联式扩张口型风机和变径角状管相结合,协调冷风配额调控机构,应用多传感器实时采集在线工作参数,配合自适应调控系统,实现大宗粮食的智能保质干燥生产.该文详细进行了干燥参数和技术经济指标的计算,可为负压干燥机的设计和综合评价提供.生产试验表明,该机工作性能优良,节能显著,烘干品质好,单位质量成本低,自动化程度高.有效控制干燥机出粮水分偏差小于等于±0.5％w.b,与传统正压送风式干燥机相比,节省能耗20％以上,降低生产成本12％以上.该干燥机各项作业性能指标完全符合农场集约化和规模化干燥作业要求,可为开发节能粮食智能化干燥机型提供参考.     

顺流干燥种子发芽率的预测

构造并验证了种子发芽率一阶动力预测模型。预测了顺流干燥过程中种子发芽率,分析了干燥过程中谷物发芽率的变化规律,给出了保证种子发芽率损失在１０％以内的极限热风温度。     

农业物料干燥试验中热风参数的自动调节

针对农业物料干燥机理研究的需要，设计研制了一套计算机测控的物料干燥试验装置。该试验装置是一个调温、调湿、调速供风系统，通过对空气的温度、湿度、流速的调节和控制，为模拟多种物料实际干燥工况提供条件，同时在线测量物料的质量和温度，最终确定了最佳干燥工艺及物料传热、传质特性。     

5HC-1型牧草保质干燥机的设计与试验

结合紫花苜蓿常压热风干燥试验研究,采用自行设计的钢丝带水平输送式结构,与混流、余热回收加热、气流翻铺等先进的干燥工艺对苜蓿及其他牧草进行加工处理。在多次试验的基础上,对5HC-1型牧草保质干燥机的工艺流程、主要结构及技术性能参数进行分析研究,研制出了适用于农场、牧场及畜牧小区的牧草干燥机型。性能测试与生产实践证明,经该机烘后的牧草品质好,生产效率高,成本低,通用性好,能够促进集约化畜牧业的快速发展。     

以天然沸石为烘干介质烘干玉米的研究

用固体介质烘干谷物是当代谷物烘干探讨的方向之一。利用二次旋转回归设计方法,进行了天然沸石和湿玉米的混合干燥实验,以及天然沸石的加热脱水实验。建立了干燥参数与干燥性能指标间的数学模型。用非线性约束优化方法找出了最佳干燥参数。     

垂直对撞流干燥的试验研究

设计了新型的对撞室结构，在自行研制的垂直对撞流干燥试验台上进行了物料的适应性试验以及结构参数、操作参数对干燥效果的影响试验，获得了垂直对撞流干燥的一般规律，为对撞流干燥机的设计和生产应用积累了可靠依据。     

玉米干湿粮混合干燥过程中水分传递规律的初步研究

本文用氚水为示踪剂,研究了玉米湿粮与干粮在混合加热、缓苏、冷却等一系列过程中水分的传递。测定结果表明,干湿粮混合干燥工艺能加速湿谷粒水分的蒸发,节省蒸发内部水分所耗的能量,缩短加热时间,降低能耗,从而提高了生产率。     

干燥窑结构改进对风速流场均匀性的影响

针对顶风机型木材干燥窑内部风速流场分布不均匀问题,基于发明问题解决算法（Algorithm for Inventive-Problem Solving,ARIZ）对干燥窑从优化窑体结构、调整锯材间隙、改善导流方式3个方向进行分组改进设计,每组包含4个方案,共得到了12个几何方案模型;采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真对比分析不同模型的风速流场,利用逐项耦合迭代法确定了调整锯材间隙和增设导流板两个改进方向能够解决窑体内部风速流场分布不均匀问题;采用风速流场分布云图、检测点风速差值、平均速度、速度不均匀系数4项评价指标,对84个监测点风速数据进行数值计算和对比分析后迭代出将窑体结构的四角优化为曲面化设计,调整锯材间隙为上宽下窄的非等距形式,并在预留气道中增加三块平面导流板来改善导流方式的综合性改进设计方案为较优方案。该方案的风速差值为-0.058m/s更趋近于0,平均速度提升了15.60%,速度不均系数降低了72.70%;结果表明,采用ARIZ对干燥窑结构进行迭代改进设计的方法可有效解决窑体内部风速流场分布不均匀问题。