几种谷物横流干燥数学模型及其应用

该文通过综述国内外谷物横流干燥数学模型研究及应用情况,为国内开展同类研究提供借鉴和参考。该文详细介绍了美国学者建立的适用于谷物横流干燥的Bakker-Arkema偏微分方程模型、二维动态偏微分方程模型、分布式参数DP过程模型;并简要介绍了模型预测控制方法及其在连续式横流谷物干燥机上的研究与应用。DP过程模型是PDE模型的简化形式,能够较好地描述横流干燥过程,且模拟计算程序简单,非常适用于干燥过程的在线控制。美国研究人员以DP过程模型和MPC控制算法为基础开发出模型预测控制器,在塔式横流干燥机上获得成功应用。     

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。     

谷物横流干燥数学模型及模型预测控制

粮食干燥过程数学模型是粮食干燥机具设计、干燥作业自动控制以及干燥工艺优化的重要依据。横流干燥是目前应用较为广泛的粮食干燥形式之一,该文详细介绍了美国学者建立的适用于谷物横流干燥的Bakker-Arkema偏微分方程模型、二维动态偏微分方程模型、分布式参数DP过程模型;并简要介绍了模型预测控制方法及其在连续式横流谷物干燥机上的研究与应用,以期为中国的同类研究提供借鉴和参考。     

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。     

含有非水相液体(苯)的土壤气相抽提体系传质实验研究

选取砂土作为实验室一维土柱通风实验的研究对象,考察了不同含水量(0%、21.9%、36.6%及51.2%)条件下,苯在气-水-油-固4相共存的土壤气相抽提体系(Soil vapor extraction,SVE)体系中的相间传质过程。并用局部相平衡模型及非平衡动力学模型预测结果与实验结果进行了比较。干燥情况下,局部相平衡模型可以描述通风过程,随着含水量的增加实验结果严重偏离平衡模型。含水量为21.9%、36.6%及51.2%时,非平衡动力学模型与实验结果较为符合。结果表明,土壤含水量影响气-液(Non-aqueousphase liquid,NAPL)间的传质,干燥土壤中相平衡模型可以描述SVE修复过程。随含水量的增加修复进程偏离相平衡模型较严重,此时需要用非平衡动力学模型来描述。     

土豆干燥过程中内部传热传质的数值模拟

建立了可以预测干燥过程中土豆内部水分分布和温度分布的传热传质模型，模型考虑了干燥过程中的土豆收缩和水分扩散系数的变化。该文推导的内部传热传质模型计算所得的内部水分分布和温度分布与实验结果相近。研究还发现在模型中是否考虑收缩对所得的水分分布和温度分布有较大的影响。     

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。     

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。     

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。     

果蔬类多孔介质干燥传质过程的分子动力学模拟

果蔬类多孔介质内部水中溶解有大量的营养物质(溶质),在干燥过程中溶质的迁移与湿分的传递同时进行,其内部微孔内的干燥传质机理尚不明确。为了揭示果蔬类多孔介质干燥过程中内部溶液的迁移机理,确定果蔬微孔结构特性对干燥传质过程的影响规律,该研究采用分子动力学方法模拟研究了果蔬类多孔介质微孔道中的干燥传质过程,构建了光滑壁面溶液扩散过程模型与粗糙壁面溶液扩散过程模型。模拟过程采用SPC/E水分子模型,选取OPLS-AA全原子力场和正则系综,溶液势函数选用静电库伦相互作用与Lennard-Jones相互作用,中心水分子的初始速度由高斯分布给出,采用Velocity-Verlet算法,用SHAKE算法固定水分子,x、y方向施加周期性边界条件,z方向上施加固定壁面边界条件。从分子水平模拟分析了果蔬类多孔介质内部溶液的扩散过程,并以马铃薯的热风干燥试验结果进行模型的验证。得出试验值与KCl溶液粗糙壁面模型的模拟值最为接近,其最大相对误差为17.39%;与纯水模型的模拟值相差最大,说明溶质的存在对水分扩散系数的影响不可忽略,且粗糙壁面模型更接近于真实孔道结构。从径向分布函数分布可以看出K+、Cl-对水分子...     

果蔬干燥过程的水分跨膜传输模型构建

为了较真实地描述干燥过程中果蔬组织内水分的传输情况,该文回顾了多孔介质干燥过程及相关研究模型。针对果蔬组织生理学结构及其特征,提出了干燥过程中水分在其内部的传输模型,并通过显微图像技术及热风干燥试验对模型中相关参数进行了试验测定。建立的水分跨细胞膜传递模型有效计算了水分在果蔬组织内部的跨细胞壁传输过程。研究结果表明:果蔬组织中约90%的水分存在于细胞内;干燥过程中水分迁移的过程为:首先细胞内液泡中的水分跨细胞膜流出至细胞间隙,该过程可通过水分跨膜传输通量(JV)来计算;然后,进入细胞间隙的水分可视为一般多孔介质内的孔道水分扩散过程用传统的孔道网络模型进行计算。     

仓内稻谷干燥的多尺度多层结构热质传递模拟及试验

为研究仓内稻谷干燥的热质传递机理,确定稻谷颗粒内部不同组织结构特性对干燥过程的影响,以仓内稻谷堆为研究对象,针对谷粒的多层结构问题,运用多尺度理论、热质传递原理和孔道网络方法等知识,建立了仓内稻谷热风干燥的多尺度多层结构热质传递模型,并进行了稻谷堆热风干燥试验,模拟分析了仓内稻谷的干基含水率、温度分布以及孔隙汽相的温度分布等情况。结果表明:建立的热质传递模型可有效模拟仓内稻谷干燥过程,干燥器尺度下仓内稻谷的平均干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差为7.6%,颗粒尺度下单颗粒稻谷干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差约为6.8%;稻谷颗粒内部传热比传质速率快,颗粒内存在较大的水分梯度。稻谷胚扩散系数对干燥的影响较大,其次是稻谷壳扩散系数,稻谷衣扩散系数影响最小。研究结果为稻谷就仓干燥的品质及工艺分析提供了理论基础。     

干燥物系的特征函数及其理论解

干燥现象是物系对应外部约束条件的自发过程,是各种因素同时作用的结果。多种传递行为并存,得不到严格意义的传递系数的数学解。基于扩散动力学建立的干燥机理函数,又存在活化能、指前因子和过程指数难以定量等问题。如何获得干燥过程的理论解是长期以来干燥研究领域的重要命题。该研究以水分活度统一特征,以自由能传递和转换为统一尺度,建立干燥特征函数,说明基于物料的最大汽化速率、初始态水分活度、相平衡条件下的水分活度和介质的相对湿度,揭示实际物系状态变化规律和获得理论解的方法;给出自由含水比、干燥速率比和干燥速率随时间变化的数学解。该理论及方法不仅可以基于物系中的一个状态点,揭示出任意外部条件下的理论解,同时,按照水汽化、混合过程压力变化特征及其发生的位置,能够完整地解析出干燥过程物料内部的含水率偏差和水分活度分布;摆脱了基于单一行为描述的传递定率中的传递系数,对揭示物系传递机理,评价工艺系统能效,制定科学评价标准具有较高的理论价值,对指导工程实践具有重要的现实意义。     

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。     

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。     

颗粒物料深床降速干燥过程的解析

通过对颗粒物料的干燥特性分析,给出单一粒体降速干燥具有二段性的物料在深床干燥过程各降速阶段的解析式;讨论诸干燥参数及物性参数的变化和相互关系,建立数学模型,采用计算方法,示出解析结果以及这一解析方法的应用。