多孔介质物料热风干燥研究进展

多孔介质物料的热风干燥是许多工农业生产部门的重要生产工序,其干燥效能直接影响产品质量.多年来,国内外研究人员在多孔介质物料热风干燥领域进行了大量的研究工作,发展了多孔介质孔道网络模型,分析了分形多孔介质传热传质规律,建立了众多针对具体干燥对象的干燥模型,研制了多种多孔介质湿含量在线检测装置等.为此,从理论分析、数值模拟和实验研究3个层面综述了以上多孔介质物料热风干燥的研究进展,并对其发展趋势进行了展望.     

固定床式花生荚果烘干设备匀风机构设计与仿真

为解决固定床式烘干设备干燥过程中,物料表面风速分布不均,影响物料干燥均匀性的问题,设计一种挡板组合式匀风机构。该机构由6块不同倾角的挡板组合而成,置于烘干箱体的上下风道中。利用流体动力学计算方法对加装匀风机构后的烘干箱风道内流场进行数值模拟,结果表明加装匀风机构后,物料下表面风速异变系数较之前降低35.8%。在额定风速下,利用均匀设计方法对6块匀风挡板的不同倾角进行表U_(17)(17~(16))设计试验,以物料下表面风速异变系数y为衡量对象,用SAS软件进行回归分析,求得回归方程,结果表明板1倾角为1.11°,板2倾角为8.95°,板3倾角为5.92°,板4倾角为6.84°,板5倾角为7.24°,板6倾角为15.88°时的风速异变系数为0.219,小于试验设计时的最小值0.286。现场试验测得烘干箱内27个测点风速值与实际模拟值均方根误差为0.166 m/s,最大绝对误差为0.27 m/s,表明模拟结果良好。烘干48 h后,实测物料不同层级含水率最大误差为0.98%,物料上层含水率方差1.09%,中层含水率方差0.78%,下层含水率方差1.32%,物料干燥均匀性满足实际生产使用要求。该研究结果可为固定床式干燥设备匀风系统设计及研究提供参考。     

具有初始孔隙的速溶咖啡冷冻干燥试验

为了缩短冷冻干燥时间,降低过程能耗,研究了初始非饱和物料干燥技术在速溶咖啡的冷冻干燥工艺中的应用。以速溶咖啡为溶质,制备了具有不同初始饱和度的冷冻咖啡物料样品,并进行了冷冻干燥试验。研究结果表明,相对于传统的咖啡冷冻干燥,初始非饱和咖啡物料能够显著强化冷冻干燥过程。干燥产品SEM形貌显示,初始非饱和物料的干燥产品具有疏松的球状孔隙空间,孔隙之间连通性好,有利于水蒸气的迁移。在干燥室压力11~33Pa条件下,压力对冷冻干燥过程几乎没有影响,提高环境温度有利于缩短冷冻干燥时间,组合加热能够进一步强化冷冻干燥过程。当温度超过45℃时,饱和物料会发生崩塌,而非饱和物料则能够保持稳定的结构。饱和咖啡物料的冷冻干燥过程经历升速、恒速和降速3个阶段,非饱和物料则始终处于降速阶段。     

胡萝卜超声波预干燥热湿耦合迁移过程的数值模拟

为了探讨超声波对含湿多孔物料内部水分迁移过程的影响,对超声波作用下胡萝卜片预干燥过程进行了试验观测,建立了食品含湿多孔介质超声波预干燥过程热湿耦合传递的数学模型, 推导了超声波作用下含湿多孔介质中水分的有效扩散系数,对胡萝卜超声波预干燥的热湿耦合迁移过程进行了数值模拟,分析讨论了超声声强对样品干燥速率及温度的影响。研究结果表明, 超声波能有效加速胡萝卜的预干燥过程,且样品内水分扩散系数及干燥速率均随超声强度的增加而逐渐增大。当超声强度为 1.5 W/cm2 时,样品干燥速率与无超声波作用时相比提高了约 3     

苹果渣干燥特性与模型的试验研究

利用热风循环干燥试验台对苹果渣进行干燥试验,在不同初始水分、不同风速和不同温度下,对苹果渣干燥特性进行了试验研究。试验结果表明：初始水分、风速和温度对干燥速率有极显著作用;苹果渣干燥为一降速干燥过程。通过对干燥速率随时间变化关系的分析,提出了相应的干燥速率模型。用4种模型对干燥曲线进行了模拟,改良的Page模型很好地预测和描述了苹果渣热风循环干燥特性。     

物料干燥试验中湿度的自动调节

目前与干燥过程比较吻合的模型多为经验模型或半理论模型,因此必须更多地借助于试验手段。合适的试验装置是获得准确、可信实验数据的前提。试验装置是为以对流为主的物料干燥特性、干燥机理、干燥工艺研究提供模拟干燥环境条件(介质的流速、温度和湿度)。为此,针对物料干燥机理研究的需要,设计研制了一套基于工控机的物料干燥试验装置。该装置是一个调湿的供风系统,通过对空气湿度的调节和控制,为模拟多种物料实际干燥工况提供条件,最终确定最佳干燥制度及物料传热、传质特性的研究。     

基于玉米通风阻力试验的Ergun模型修正

为了提高玉米干燥的数值模拟的准确性,结合试验对数值模拟中选用描述玉米通风阻力的传统模型进行完善。为此,将玉米层视为多孔介质区域进行分析,从而确定选用的阻力方程为最常用的Ergun方程;因不同风速选用的湍流模型不同,试验数值与Ergun计算值出入很大,因而对Ergun方程进行修正,按区间引入影响因子,合理化修正完善传统Ergun模型,得到更适用于玉米通风阻力的数学模型。最后,结合修正后的模型分析研究玉米层厚度、给定风速及孔隙率对通风阻力的影响。     

干燥机粮层通风阻力特性数值模拟与试验

粮层内部通风阻力特性是影响干燥均匀性和能量损耗的关键因素之一。针对传统的经验公式存在精度偏低、未考虑粮层多孔介质的复杂变化因素和非线性的不确定性问题,基于传统的Ergun模型进行了压力损失因素分析;在通风阻力试验平台测定试验数据,通过探索性分析方法对风速进行分段,引入误差影响因子λ,导出了一种新的基于多孔介质Ergun的稻谷变层压力场模型;给出了优化阻力特性曲线,构建了变层阻力与层厚的数学关系。试验结果证实,风速小于0.2m/s时,λ取值为1;风速在0.2~0.4m/s范围内时,λ取值为0.89;风速在0.4~0.6m/s范围内时,λ取值为0.79。     

油茶籽网带式干燥机的温度均匀性仿真研究

为了改善网带式干燥机内温度场的分布均匀情况,缓解油茶籽干燥后储存过程中出现的发霉变质问题,保证干燥品质和出油率,以多孔介质模型代替油茶籽物料层,建立干燥机的温度场仿真模型。采用计算流体动力学(CFD)技术对腔内温度场进行数值模拟和预测,研究入口热风速度大小对干燥腔内温度均匀性的影响。结果表明:在入口风速为6～8m/s时,腔内的温度分布不均匀系数最小,干燥后最均匀。研究为油茶籽干燥机工作参数的选择提供了依据,对缩短油茶籽干燥机的研发周期和降低成本具有重要的意义。     

切片多孔介质对流干燥传质模拟软件开发研究

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质模型、传热模型,该模型充分考虑了传热与传质之间的相互藕合关系。用VB编程软件对该模型进行了分析求解,设计开发模拟软件。以切片土豆为例进行传质模拟计算,并与土豆片干燥实验数据进行对比,结果表明:模拟值和实测值十分接近,二者的最大相对偏差小于9.1%。模拟结果显示土豆对流干燥中内部水分由内往外迁移,以及干燥过程中产生的表低内高水分分布规律。     

灌溉水平及灌溉间隔对大豆植株干物质积累的影响

采用桶栽方法,选用黑农48为试验材料,设计4个灌溉水平及4种干旱胁迫历时进行交叉试验,研究了灌溉水平及干旱胁迫历时对大豆干物质积累的影响。结果表明,花荚期大豆植株叶、茎、根和荚果更易受干旱胁迫历时影响,干旱胁迫历时越短越有利于植株生长,灌溉水平对植株的生长影响相对弱于干旱胁迫历时。植株各器官干质量的等高线图表明高灌溉水平、短干旱胁迫历时比低灌溉水平、长干旱胁迫历时有绝对优势,同时也表现出高灌溉水平、长干旱胁迫历时处理与低灌溉水平、短干旱胁迫历时处理之间具有相似性。     

摊铺机压实机构动态特性仿真

在摊铺机中,由熨平压实机构和压实介质组成的系统,为两个自由度的非线性动力学系统,压实介质简化为粘弹塑性体.建立熨平压实机构动态特性力学模型,利用计算机仿真,研究了熨平压实机构的动力学问题,分析了熨平压实机构动力学参数变化对该系统动态特性的影响.     

番茄果实热导率测试装置参数实

微热探针法测试热导率系统已被广泛应用于食品材料热导率的测试中.但是,由于实验条件或实验设备的限制,基于理想的线热源瞬态模型测量原理得到的结果会产生某些测试误差.针对测试误差,从探针输入电压、加热时间和样品的径向尺寸等装置操作参数的选择着手,通过实验,得到装置系统测定中输入电压的最佳值为2.5～6.5V、加热时间最佳值为20～50s.最后通过实际测试,得到了番茄果实在不同成熟阶段的热导率变化规律.     

影响感官检验棉花品级的因素探析

感官检验棉花的品级,这是农村常见的一种检测手段.它的一个主要特点就是存在不确定性.这是由于检验员的品级检验水平存在一定的差异,其中有很多因素制约着检验的结果.文章对影响感官检验结果的因素进行了系统的分析.     

并联压电泵腔体初始容积设计

为探究腔体初始容积对压电泵性能的影响,设计了双腔体并联压电泵.通过理论分析,确定了双腔并联压电泵能够工作时泵腔初始容积的取值范围,根据理论公式设计制作了6种不同腔体初始容积的双腔并联有阀压电泵样机,对泵腔初始容积的变化与泵工作性能关系进行研究.在110 V工作电压下,工作频率小于400 Hz范围内,用压电双晶片进行驱动,分别以液体水和空气为介质,对不同压缩比（压电振子振动产生的泵腔容积变化量与泵腔初始容积的比值）下的并联泵进行了试验测试.结果表明,当泵送液体水时,压缩比为1/18时泵的整体输出流量最好,最大输出流量可达1 330 mL/min,压缩比越大,泵的输出压力和自吸能力越好,最大输出压力和自吸高度分别为58.5 kPa和69 cm;当泵送气体空气时,压缩比越大,泵的输出能力越好,最大输出流量和压力分别为850 mL/min和6.5 kPa,当压缩比小于1/32时,泵已经失去了输出气体能力.     

迷宫流道转角对灌水器抗堵塞性能的影

以转角分别为45.0°、60.0°、67.5°和75.0°的齿形流道灌水器为研究对象,应用CFD流场速度数值分析、PIV颗粒运动轨迹线和速度观测对比以及浑水抗堵塞测试相结合的方法,研究了转角对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响.结果表明转角与流量系数及流态指数均呈负相关关系,而灌水器的抗堵塞能力随着转角的增加呈下降趋势.综合分析转角对水力性能和抗堵塞性能的影响,提出迷宫流道结构灌水器的合理转角为60.0°.     

叶轮后密封环直径加大量对轴向力特性的影响

以300QJ230-40/2型潜水泵为研究对象,以清水为介质,采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线;采用机械法对该泵轴向力进行了试验测量,并将模拟值与试验值进行对比分析.结果表明:在0.8Q_sp~1.2Q_sp(对应扬程为46~36 m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,在叶轮后密封环直径加大量Δr_m≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算,绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明了加大后密封环直径能有效地减小轴向力;绘制了轴向力系数与比面积关系的无因次曲线.     

PLC在泵站群计算机远动系统RTU终端中的应用

以某泵站群计算机运动系统为实例，分析由PLC构成的泵站远方终端RTU的特点及功能。     

迷宫流道转角对灌水器水力性能的影

为研究齿形、梯形以及矩形流道转角变化对水力性能的影响,采用Fluent软件对不同形状下不同转角的流道进行了数值模拟.研究结果表明:当其他条件相同时,转角的变化与流量系数、流态指数呈负相关,其变化对梯形流道灌水器的流量系数影响最大,最多下降了19.03%,齿形流道次之,下降了10.14%,矩形流道是梯形流道转角角度增加的延伸,具有相同的水力性能变化规律;随着角度的增加,梯形流道总的局部水头损失系数最多增加了32.5%,而齿形流道总的局部水头损失系数最多增加了23.4%,变化都很明显;压力较高时,摩阻系数基本保持不变,流体为紊流状态.     

基于流体体积模型的叶片数对水车性能的影响

为了研究一种利用微水头发电的水车装置,利用Fluent软件流体体积(VOF)模型模拟明渠无压流动,选用SST k-ω两方程湍流模型和滑移网格旋转模型对不同叶片数的水车在不同转速下进行非定常模拟.结果表明:3叶片水车效率区最为宽广,最优效率最高;3叶片水车上游局部湍流黏度较大,影响范围较小,而8叶片水车上、下游湍流黏度较为平均,影响范围较大;相同工况下,增加叶片数会增强水车的阻塞效应,使上、下游水位差平均增大,但可降低水位差的波动,水位差平均值增大将降低水车出力,水位差的波动对水车轴系的稳定性产生不利的影响;相同工况下,增加叶片数可以提高水车运行中转矩波动的稳定性,但会降低水车的出力,转矩波动使水车在运行中受到周期性不平衡力矩的作用,引起水车结构剧烈振动和叶片疲劳损伤.