开放式太阳能物料干燥热湿迁移模型的构建及验证

基于开放式太阳能物料干燥过程中存在干燥品质不可控、随机性较大的问题。根据传热传质理论知识,建立开放式太阳能物料干燥热湿迁移预测模型,在综合考虑太阳能辐射、室外空气温湿度、室外风速等影响因素的基础上,对模型中的参数进行选择,并利用MATLAB软件编制求解程序,该模型能够预测出干燥过程中物料表面的温度及水分迁移速率变化。为验证模型的准确性,以红薯为干燥物料对其开放式太阳能干燥过程进行试验测试。结果表明：物料表面温度、水分迁移速率的模拟值与试验值之间的决定系数分别为0.96、0.89,均方根误差分别为0.97 ℃、28.35 g,其相关性程度较高,说明该模型能够较准确预测开放式太阳能物料干燥过程中物料表面温度及水分迁移速率,可以用于开放式太阳能干燥的工艺控制。     

荔枝的微波干燥特性及其对品质的影响研究

针对荔枝热风干燥中存在的问题，应用自制的微波干燥试验测试系统，采用间歇干燥工艺，试验研究了荔枝微波干燥特性及干燥条件对干后品质、能耗的影响。结果表明：荔枝微波干燥主要处于恒速阶段，干燥速度取决于不同的间歇比；温度变化可分为上升和趋于稳定两个阶段；微波间歇时间对干后品质有显著影响，干燥能耗受间歇比的影响，但主要影响因素是加热时间。     

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。     

远红外与热风混合干燥香菇的质热特性研究

建立了远红外与热风混合干燥香菇时有关质热参数模型,分析了干燥中辐射强化系数Ｋ₁、对流传质汽化系数Ｋ_t、总换热系数α_０和辐射换热系数α_E等的变化规律。实验研究表明,因干燥温度和香菇含水率不同,Ｋ₁、Ｋ₁Ｋ_t、α_０、α_E等值也不同。     

玉米粮堆通风干燥过程中热湿传递模拟及试验

为了准确预测玉米粮堆通风干燥过程中的热湿分布变化,明确适宜的通风条件。该研究基于干储一体仓,运用局域热非平衡理论,考虑玉米呼吸热,建立玉米粮堆通风干燥热湿传递模型,探究不同因素对通风干燥过程的影响,并进行通风干燥试验,分析玉米含水率、温度以及粮堆空气的温湿度分布变化情况。结果表明：建立的热湿传递模型可有效模拟仓内玉米粮堆通风干燥的过程,玉米监测点的温度、含水率模拟值与试验值的相对误差分别为1.4%～12.1%、0.3%～14.5%,平均值分别为4.8%、6.5%;通风前期玉米粮情存在一定的不均匀性,内层玉米的升温速率与干燥速率快于外层。随着通风过程的持续,上述不均匀性逐渐降低。综合考虑不同条件下玉米温度和含水率的变化,适宜的通风条件为空气相对湿度低于75%、通风风速为0.09～0.23 m/s,风温随大气条件而定。玉米通风干燥中试试验的单位能耗为890.2 kJ/kg,节能效果显著。研究结果可为玉米通风干燥技术和操作工艺的优化提供理论支持。     

高湿物料滚筒破碎烘干机干燥特性的研究

为解决鸡粪污染和鸡粪资源开发利用问题,设计了一种滚筒破碎烘干机,研究了破碎轴转速对干燥性能的影响以及滚筒内的温度分布规律,并依此确定了滚筒的长径比、滚筒材料以及烘干机的主要运行参数,取得了较好的效果。     

金针菇干燥特性及数学模型

利用自行设计的物料干燥试验装置,调节和控制干燥介质环境参数。在风速1～3m/s、温度40℃～70℃、湿度16％～30％RH范围内的8种工况组合下,摸拟金针菇干燥过程,建立了两种干燥速率与干燥环境参数间的数学模型—单项扩散方程和page方程。实验表明,利用page方程来描述金针菇薄层干燥过程,具有更高的拟合精度。同时,通过对金针菇在不同干燥环境条件下的干燥速率、能耗及干制品质量的综合分析,筛选出两种较佳干燥工况:48℃、2m/s和60℃、1m/s。     

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。     

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。     

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。     

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。     

粮食水分结合能与热风干燥动力解析法

为揭示粮食中水分蒸发耗能特征,基于不可逆热力学分析方法,把水分迁移的现象看作是一定数量的能量迁移,建立水分结合能解析模型,给出了水分结合能随温度、含水率变化规律,清晰地呈现了粮食在高水分段水分蒸发受物料的限制作用很小,而在低水分段水分结合能随温度升高显著降低的特征,研究结果为解析粮食二段降速干燥过程、合理匹配干燥温度提供了依据和分析方法,为揭示干燥质驱动机理,制订科学的能效评价标准,合理的干燥装备系统设计补充了技术基础理论。     

稻谷烘干过程中的水分扩散特性与品质特性

为深入研究稻谷高效均匀化烘干过程中的水分扩散与质量转变耦合特性,该文测定了玉香油粘稻谷经50、65、80℃分别烘干时的水分有效扩散系数;检测了以上3种温度分别烘干稻谷的色差、籽粒颖壳断面孔隙率与分形维数及玻璃化转变温度,考察了已烘干稻谷的含水率、硬度、爆腰率、发芽率等过程品质差异。结果表明:玉香油粘稻谷烘干过程的有效水分扩散系数为3.576×10-8e15 684/Tm2/s;随烘干温度增加,籽粒颖壳断面的孔隙率由鲜谷的0.39±0.06依次降为0.22±0.09、0.17±0.04、0.13±0.05,但烘干稻谷的分形维数、色差、玻璃化转变温度则较其鲜谷波动增加;已烘干稻谷的含水率、硬度、爆腰率、发芽率组间差异显著(P0.05)。50℃烘干稻谷的爆腰率、发芽率性能优,宜选为稻谷烘干常用工艺温度,研究结果为稻谷高效均化烘干提供了理论与基础数据参考。     

基于三维湿热传递的玉米籽粒干燥应力裂纹预测

为了揭示热风干燥过程玉米籽粒的应力裂纹形成机理,该文利用图像处理技术构建玉米籽粒的三维几何模型,将湿热传递数学模型与应力模型耦合获得应力信息,并与其屈服应力比较以预测玉米籽粒开裂特性。结果表明:该模型模拟的含水率和温度与试验值的最大误差分别为7.28%和9.64%,可以用于模拟玉米籽粒温度梯度、水分梯度和应力分布变化。干燥过程玉米籽粒的温度、水分梯度和应力表层较大而内部较小,干燥过程玉米籽粒主要受湿应力作用。干燥过程(热风温度40～80℃、相对湿度12%～52%)玉米籽粒的最大应力逐渐减小,其随着热风温度的升高而增大、随着相对湿度的升高而减小。玉米籽粒的最大应力在干燥前期大于其屈服应力而发生开裂,较低的温度和较高的相对湿度可以抑制玉米籽粒在干燥前期形成裂纹。研究结果为预测干燥过程玉米籽粒应力裂纹提供参考。     

干燥物系解析理论研究进展

干燥是含湿物料与有限介质两个独立物系,在限定的工艺条件下,自发进行能量传递和转换的过程。它隶属热力学范畴,而又不同于一般的热力过程,在物系边界存在诸多错综复杂的随机因素交互作用,使得基于热力学熵参数无法对实际过程的能效进行实时的定量评价。基于传递定律建立扩散模型,得不到传递系数严格意义的数学解,存在微积分结果偏离实际较远的情况;基于反应工程原理建立干燥动力学模型,存在指前因子,活化能,机理函数等待定的物理量,实际应用存在很大的局限性。如何从理论上完整地解析出实际过程,得到其分析解是热力学应用技术基础科学研究领域自古以来的重大理论难题。近十几年,笔者从非均相系热力学基础和干燥?分析入手,以干燥?传递和转换时的自由能消耗为统一尺度,以水分活度为一切干燥物系的共同属性,揭示了干燥物系固有特征函数及其理论解,丰富了热力学应用技术基础理论。该文从干燥物系解析理论发展的历史现状,阐释揭示物料干燥理论过程、评价工艺装备能效的解析理论与方法并指明其应用与发展的技术途径,为揭示物系传递机理、评价工艺装备系统能效、实现干燥过程自适应控制和制订科学的工艺能效评价标准提供参考。