脱水蔬菜热泵-热风组合干燥试验

为了解决脱水蔬菜热泵干燥中后期干燥效率较差的问题,文章进行了热泵、热风组合干燥试验。结果表明:采用热泵-热风组合干燥装置生产脱水蔬菜,其耗能只有隧道式干燥的74.1%,网带式干燥的84.7%和真空冷冻干燥的9.4%。胡萝卜产品经24h充分复水后,组合干燥的复水性比热泵干燥高16.6%,比热风干燥高24.5%。采用前期热泵除湿干燥与后期热风干燥的组合干燥技术,克服了单一热泵干燥的缺点,降低了能耗,提高了产品质量。     

高压电场与热风组合干燥海米

为了提高海米的干燥质量,利用高压电场和热风组合方式对海米进行了干燥试验研究,并与单纯高压电场及单纯热风干燥进行比较,研究结果表明,利用35 kV的高压电场加45℃C热风的组合干燥方式进行海米的干燥,所需干燥时间比同温度下单纯热风干燥缩短50%,干燥能耗降低51.9%,其干燥速度与80℃下的单纯热风干燥速度相近,但干燥海米的收缩率和复水率比80℃时单纯热风干燥均有不同程度的改善.利用组合干燥方法所得干燥海米的10 min和20 min复水率分别比80℃时热风干燥高2.3个百分点和1.33个百分点,收缩率小5.5个百分点,干燥海米具有良好的感官品质和适中疏密程度的组织结构.较之单纯热风干燥,组合干燥具有优势,是一种良好的替代方法.     

脉冲电场预处理胡萝卜片微波干燥试验

为考察脉冲电场预处理对胡萝卜片微波干燥特性的影响,以胡萝卜片微波干燥单位时间降水率和复水率作为试验指标,设计了4因素（脉冲频率、电场强度、微波功率密度和切片厚度）二次回归正交组合试验,得出经预处理后胡萝卜片微波干燥失水速率曲线。用SPSS软件进行回归分析,得到预处理后胡萝卜片微波干燥动力学方程和各指标回归方程,并对指标进行了综合优化。结果表明：经脉冲电场预处理后胡萝卜片微波干燥动力学方程分段适用Page模型;脉冲频率和电场强度对胡萝卜片微波干燥单位时间降水率影响显著;脉冲频率对复水率影响显著,电场强度对复水率影响不显著;最优工艺组合为脉冲频率30 Hz、电场强度2.0 kV/cm、微波功率密度1.0 W/g和切片厚度4.0 mm;在最优工艺条件下,胡萝卜片单位时间降水率和复水率均得到提高。     

高压电场下玉米的干燥特性

玉米刚收获时含水率一般超过18%,为了能够安全存储必需将含水率降低到14%以下,因此干燥是玉米生产加工中不可缺少的工序。该文利用高压电场干燥技术,以玉米为对象研究了物料厚度、针电极密度对干燥特性的影响,并与自然通风干燥对比分析了高压电场干燥玉米的脱水速率和含水率的变化。结果表明:高压电场干燥时,当针电极密度在113~283根/m2范围内时,脱水速率随针状电极的密度的增加呈先增大后减小的趋势,针电极存在一个较佳密度170根/m2;而物料堆积厚度对高压电场干燥的影响较小,当物料堆积较薄(d=0.8 cm),含水率为36.7%时,电场脱水速率是对应自然通风脱水速率的2倍,干燥时间是自然通风干燥的50%;但当物料的堆积厚度较大(d=1.9 cm),含水率为20%时,电场脱水速率是对应自然通风干燥的6.5倍,可节省85%的干燥时间,当物料的堆积厚度大于3.6 cm时,水分的自然蒸发对电场干燥的影响可忽略;高压电场干燥的能量利用率不低于9.3%,是热风干燥的10余倍。因此高压电场干燥适用于厚物料层的干燥,不仅节能而且还能有效减少晾晒场地和工作量,提高干燥效率。研究结果可为玉米等粮食作物的高效节能干燥提供参考。     

用低场核磁分析胡萝卜切片干燥过程的内部水分变化

为研究胡萝卜切片在干燥过程中内部水分变化的特征,采用电热恒温干燥箱在40、50、60、70和80℃的条件下对胡萝卜切片进行热风干燥试验,应用低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)的横向弛豫时间(T2)反演谱分析胡萝卜切片在干燥过程中内部水分的变化。试验结果表明:干燥过程改变了胡萝卜样品中水的结合状态,自由度高的水分向自由度低的迁移;随着干燥温度升高,干燥速率加快,但温度为80℃时,由于物料表面结壳阻碍了水分的外迁从而影响干燥速率。试验数据为果疏变温联合干燥工艺和干燥转换点的确定提供参考。     

胡萝卜精细加工技术及其综合应用

面对中国胡萝卜生产中高产、低价、增产不增收的现实，分析了胡萝卜加工现状及存在问题，试验研究了生产胡萝卜全粉、彩色胡萝卜纸工艺及参数；提出胡萝卜精细加工及其综合应用技术：通过对胡萝卜精细加工，提取胡萝卜素，并将其加工成纳米粉体，利用胡萝卜渣加工食品内包装纸和快餐盒；胡萝卜叶经干燥粉碎后，可做家禽粗饲料；分析表明，胡萝卜精细加工不仅能提高胡萝卜加工与转化技术水平及其资源利用率，同时可增加胡萝卜生产的附加值，为胡萝卜的精深加工开辟新的研究方向。     

不同干燥方法对栗粉的理化性质与功能特性的影响

以毛板红板栗品种为原料，研究了4种不同干燥方法加工所得栗粉的理化与功能特性，结果表明自然干燥与热风干燥加工成的栗粉在理化和功能特性上差异较小，但自然干燥粉比热风干燥粉具有更好的起泡能力和泡沫稳定性；微波干燥粉比热风干燥有较多的淀粉发生糊化，表现在具有较低的峰粘度、崩解值和回复值，其吸水能力较热风干燥粉大，但起泡能力、泡沫稳定性和复水成泥后的一些质地特征值较热风干燥粉低。高温蒸后热风干燥粉的理化与功能特性与微波干燥粉类似，但有较高的崩解值和较低的回复值。从色泽来看，自然干燥和热风干燥粉比微波干燥和高温蒸后热风干燥的要白，而且有光泽。     

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     

干燥温室与热泵联合系统对胡萝卜的干燥效果

为了解决传统蔬菜干燥技术成本高、能耗大的问题,该研究提出了一种干燥温室与热泵联合系统,基于试验地环境设计了干燥温室,采用三级串联的方式构建了组合式热泵机;测定了干燥温室内外太阳辐射和温度变化情况,以胡萝卜为试验材料,测定了联合系统性能指标,对比了独立热泵机组与联合系统的制热系数（Coefficient Of Performance,COP）变化情况,研究了系统参数设定对胡萝卜丁干燥品质指标的影响。研究结果表明：干燥温室白天室内温度比室外温度平均高6.4 ℃,夜间室内温度比室外温度平均高4 ℃;在较优干燥工艺温度为60 ℃、风速为2 m/s、装载量为2 000 kg的条件下,系统由静止状态进入运行状态后,总温升43.14 ℃,总温降17.5 ℃,对比独立热泵机组,联合系统总COP提高26%～29%,鲜胡萝卜丁处理量80 kg/h,产出干胡萝卜丁18.8 kg/h,消耗电量53.5 kW,生产干胡萝卜丁成本2.25元/kg;对干胡萝卜丁品质指标的检测表明,其色泽（a*值）均值为31.27、复水比均值为5.42、维生素C均值为1.51 mg/g、总糖均值为12.36%、胡萝卜素均值为0.68 mg/g。研究结果可为大宗蔬菜干燥加工后供应于食品领域的技术研究提供理论基础和科学依据。     

真空微波和冻干组合降低胡萝卜片的干燥能耗

为减少脱水蔬菜冷冻干燥过程的能耗,以胡萝卜片为试材,采用真空微波和冷冻干燥组合的工艺,即先微波真空后冻干（组合Ⅰ）和先冻干后微波真空干燥（组合Ⅱ）。组合Ⅰ的优化参数为：真空微波阶段微波功率密度1.6w/g,脱去40个百分点的湿基水,冻干阶段升华干燥4 h,解析干燥3 h;组合Ⅱ的优化参数为：冻干阶段升华干燥7 h;真空微波干燥功率密度选1.0w/g以下,采用温度控制模式。所干燥胡萝卜片的β-胡萝卜素保留率和复水率等与纯冻干产品接近,体积保留率比纯冻干稍小,但仍能保持平直的外形;两种组合干燥工艺比纯冻干分别节能47.0%和54.2%,且干燥时间可缩短一半。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

基于毕渥数的果蔬阶段降湿热风干燥特性

为了揭示阶段降湿热风干燥技术的适用性,该研究在干燥温度60℃、风速1.0 m/s时,研究了不同厚度胡萝卜片(6、12、18 mm)和龙眼物料在阶段降湿(第1阶段相对湿度(Relative Humidity,RH) 50%保持30 min;第2阶段RH 20%至结束)和连续排湿(RH<15%)干燥条件下的干燥特性,传热毕渥数(heat transfer Biot,Bi_h)和传质毕渥数(mass transfer Biot,Bi_m)、水分有效扩散系数(effective moisture diffusion coefficient,D_eff)、色泽、复水比及能耗值。研究表明:对于厚度为6 mm的胡萝卜片和龙眼物料,相对于阶段降湿,连续排湿有助于提高干燥效率;对于12或18 mm的胡萝卜片,阶段降湿能够提高D_eff。6、12和18 mm的胡萝卜片在干燥过程中的Bi_h分别为0.582 7、1.165 5和1.748 2。6 mm时Bi_h<1,内部扩散的...     

干燥介质相对湿度对胡萝卜片热风干燥特性的影响

为了探究相对湿度和阶段降湿对热风干燥过程的影响,该文在干燥温度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),第二阶段相对湿度20%下,胡萝卜片的干燥特性和温度变化规律;利用Weibull分布函数对干燥曲线进行拟合并分析干燥过程,结合尺度参数估算水分有效扩散系数;基于复水比、色泽、干燥时间和能耗对不同相对湿度条件下的干燥过程进行评价。研究结果表明:相对湿度保持恒定条件下,干燥速率先上升后下降,且相对湿度越低干燥速率越大。降低相对湿度有利于缩短干燥时间,热风相对湿度20%比50%条件下干燥时间缩短了27.6%;分段降湿干燥条件下,热风相对湿度50%保持30min后降低为20%,其干燥时间比相对湿度恒定为20%条件下缩短了18.5%,干燥过程出现2个升速阶段;Weibull分布函数可以很好地描述胡萝卜恒定湿度和阶段降湿干燥过程。尺度参数α范围在1.864~3.635 h之间,形状参数β值在1.296~1.713之间,水分有效扩散系数在1.17×10-9~2.92×10-9 m2/s之间。对绿红值、复水率、能耗和干燥时间进行综合评价显示,热风相对湿度50%保持30 min干燥条件下绿红值最高为41.4,能耗相比于恒定相对湿度20%条件下减少了6.0%,复水比较高为3.81,综合评分较高为0.91。该文揭示了干燥介质相对湿度对胡萝卜片干燥特性的影响规律,对于优化干燥介质湿度控制策略以提高干燥速率和品质,降低干燥能耗提供了科学依据和技术支持。     

石蜡相变储热管放热时间的理论预测与验证

物料干燥是一个高能耗的过程,而且大多传统干燥都会产生环境污染,所以利用清洁,廉价的太阳能来干燥物料很有必要,但由于太阳能具有间歇性,使得储热材料成为了太阳能干燥过程中必不可少的部分.该文利用石蜡作为相变储热材料,对实际干燥过程中,石蜡放热过程中储热单元的一些特性进行了研究.结果表明,在实际干燥过程中,储热单元中的石蜡管中心和管壁一直存在温度差,而且换热介质的气流速度越大,管壁的温度减小得越快.与此同时,该试验还通过对干燥过程中石蜡管内部热量传递过程进行模拟,得到了石蜡凝固半径的理论表达式,通过理论表达式,得到了石蜡管放热时间的理论值,结果表明,放热时间理论值均高于试验实际得到的值,但是二者的误差都在5％以内,可以认为二者基本相符,所以这个理论放热时间公式可以用于预测物料干燥过程中储热单元中石蜡管的放热时间,既可以避免由于放热时间不够而浪费石蜡里面储存的能量,也可以避免由于时间过长而浪费时间.     

穿刺协同乙醇预处理对胡萝卜片热风干燥特性影响

干燥效率低导致的能耗高、品质劣变是果蔬热风干燥加工面临的严峻挑战。为改善胡萝卜热风干燥特性,该研究以横切和纵切方式获得的胡萝卜片为研究材料,对其进行穿刺（perforation pretreatment,PT）、乙醇浸渍（alcohol pretreatment,AT）和穿刺协同乙醇浸渍预处理（perforation synergistic alcohol pretreatment,PAT）。研究发现：同未预处理的胡萝卜片相比,PT、AT和PAT预处理技术的应用均显著提高了胡萝卜有效水分扩散系数及热风干燥速率,并将干燥时间缩短10.61%～50.00%,其中PAT样品干燥时间最短。相同预处理方式下,纵切的胡萝卜片相比于横切表现出较高的有效水分扩散系数、较快的干燥速率及较短的干燥时间。进一步,我们提出了PAT预处理具有较高干燥效率的“三重奏机制”：预脱水降低干燥负荷、毛细管流促进水分传质、细胞通透性的增强降低水分传质阻力。在品质方面,PAT预处理显著改善了纵切胡萝卜片的体积收缩、复水性、色泽、总类胡萝卜素和抗坏血酸含量、抗氧化活性及风味等品质特性。因此,为高效获得品质相对较优的脱水胡萝卜,可在其纵向切片后进行PAT预处理。该研究为改善胡萝卜热风干燥提供了一种简单有效的预处理技术,同时也为其他果蔬提质、增效、节能干燥提供参考。     

电场对微细通道内R141b制冷剂流动沸腾压降的影响

在农业工程领域,微细通道散热技术在农产品培育系统、农业机械、农产品干燥系统中有着广泛的应用。通过施加电场可强化微细通道换热系统的传热效率,为探究电场对微细通道内制冷剂流动沸腾阻力的影响,该文采用了2种电极布置方式(针状和线状),以制冷剂R141b为试验工质,在系统压力为140k Pa,工质入口温度32.5℃、质量流率277.35~531.75 kg/(m^2·s)、热流密度7.50~21.49 kW/m^2、电压0~850 V工况下,在截面尺寸为2 mm×2 mm的矩形微细通道内进行流动沸腾试验,探究直流电场对微细通道内R141b流动沸腾压降特性影响。研究结果表明:在本文试验工况下,电场会增大微细通道内的摩擦压降,针状与线状电极电场作用下的微细通道内摩擦压降分量在总压降中所占比例均比无电极作用下的更大;电场作用下单位长度两相摩擦压降随电压、热流密度的增大而增大,针状电极与线状电极电场作用下平均单位长度两相摩擦压降分别比无电极作用下增加0.7%~15.4%和1.3%~18.7%;电压为0~250 V时,针状电极对压降的影响效果大于线状电极,电压大于400 V后,线状电极对压降的影响效果更为显著。通过COMSOL软件对6 mm长微细通道内2种电场的分布进行了模拟,模拟结果表明相同电压作用下,针状电极产生的电场强度最大值超过线性电极,但线状电极的电场有效作用范围超过针状电极。该文研究结果可为通过施加电场提高微细通道换热器的性能实现微细通道高效节能提供新思路。     

A comparative study between an electrostatic and conventional methods of drying soil samples

Abstract

Drying of soil samples exposed to high fluxes of air ions of both polarity, produced by corona electrodes, were studied by a beta‐ray gauge. The conventional methods of air‐drying and oven‐drying of soil samples were compared with the new technique. Fluxes of 0.94 x 10¹² positive and 1.83 x 10¹² negative air ions cm^‐2 s^‐1 reduced drying time of samples by at least three times over the air‐drying controls. Although oven‐drying at a high temperature was the fastest drying method, air ions maintained steady‐state soil temperature during the drying process at 4.5° and 7.3°C below that of the control and ambient temperatures, respectively. There was no significant change in pH, electrical conductivity, and organic matter content values of the dried soil samples of Dalhousie clay, Macdonald sandy loam and St. Sophie sand. Electric wind produced by the ionic drag is proposed to be the principal driving force for the enhancement of evaporation rates from the soil samples. Electroconvection and electrostriction that arise due to the interactions of an external electric field with soil dielectrics may also have contributed to the drying enhancement.