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。     

热风微波耦合干燥胡萝卜片工艺

该文通过对胡萝卜片进行热风微波耦合干燥来研究热风微波耦合干燥工艺的可行性及优异性。采用自行设计的热风微波耦合干燥设备, 在不同的热风温度（50～80℃）、微波功率密度（4.5～1.5 W/g）条件下对胡萝卜片进行干燥,研究这2个因素对耦合干燥的影响。选取热风温度（50、60、70℃）、微波功率密度（3.5、2.5、1.5 W/g）、热风风速（0.5、1.0、1.5 m/s）进行正交试验,试验结果表明：耦合干燥各因素对干燥速率影响的主次关系为微波功率密度>热风温度>热风风速。同时将热风微波耦合干燥与热风干燥、微波干燥进行比较,得出热风微波耦合干燥是一种快速、高效和节能的干燥方式,在农产品和食品的干燥中具有广阔的应用前景。     

山核桃坚果热风干燥特性及其工艺参数优化

针对山核桃坚果热风干燥质量难以控制、干后品质差等问题,采用单因素试验方法,研究了热风温度、装载量及风速对山核桃坚果干燥特性的影响。通过3因素5水平的二次回归正交试验,分析了热风温度、装载量及风速与干燥过程单位时间干燥速率、单位质量干燥能耗以及干后物料蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保存率、感官品质指标综合分值的关系,建立了二次回归数学模型,分析了3因素对各指标影响的显著性;利用多目标非线性优化方法,确定了山核桃坚果热风干燥的最佳工艺参数组合,即热风温度为72℃,装载量为0.08 kg,风速为65 m/min。在此条件下,单位时间干燥速率为0.458%/min、单位质量干燥能耗为5.986 kWh/kg、蛋白质保存率为92.12%、不饱和脂肪酸保存率为90.65%、感官品质指标综合分值为32.89分,综合评分为0.802。研究结果为山核桃坚果的干燥和工业化生产提供一定的理论依据。     

基于监测物料温度的胡萝卜热风干燥相对湿度控制方式

针对热风干燥中,表面易结壳农产品物料阶段降湿干燥中各阶段高湿和低湿保持时间较难确定的问题,该文提出了在干燥介质温度和风速一定时,基于监测物料温度的热风干燥相对湿度控制方式。该控制方式在前期预热阶段保持较高恒定的相对湿度值,使物料迅速升温;中期干燥阶段物料温度保持特定值进行排湿干燥,物料温度有上升趋势时停止排湿使之升温;后期降速干燥阶段,物料保持较高温度值进行排湿干燥。胡萝卜的热风干燥验证试验研究结果表明,预热阶段,相对湿度控制最大偏差为1.0%;中期干燥阶段,物料排湿干燥物料温度保持值逐渐升高,物料温度上升至保持温度的最大误差为0.8℃;在后期干燥阶段,检测湿含量之差小于0.5 g/kg,判定干燥结束相对于称量判定干燥结束终点时间延迟为9 min。该干燥时间相比于前期相对湿度50%后期连续排湿和前期相对湿度50%后期相对湿度20%缩短了19.7%。该文提出了一种基于监测物料温度的热风干燥相对湿度调控策略,控制精度高,延迟时间短,相比于前期高湿后期低湿的干燥工艺能显著缩短干燥时间,提高干燥效率。     

提高紫花苜蓿热风干燥品质的工艺参数优化

紫花苜蓿的热风干燥是牧草收获后贮藏、深加工的必要预处理方式,为了研究紫花苜蓿干燥过程中各因素对干燥的影响及变化规律,为实际生产工艺提供参考,解决目前紫花苜蓿干燥加工中存在的营养成分损失大、含水率不稳定等问题,利用GZ－1型干燥试验装置,对紫花苜蓿的热风干燥特性和工艺进行了研究。以新鲜的紫花苜蓿为原料,紫花苜蓿的干品品质（粗蛋白含量、酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量）为指标,在对其有影响的4个因素（热风温度、热风速度、茎秆压扁与切断长度情况、助干剂种类与浓度）进行单因素试验的基础上;采用4因素3水平正交试验进行了优化。通过对试验数据进行极差与方差分析,找出了优化工艺参数组合并得出结论：热风温度是影响苜蓿干品粗蛋白质含量的最主要因素,茎秆压扁与切断长度情况是影响苜蓿干品中酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量的最主要因素,热风干燥优化后的工艺参数组合为热风温度70℃、热风速度2.5 m/s、茎秆切断长度10 cm且压扁、碳酸钾浓度3%。在此工艺参数条件下,能有效提高干燥效率,并降低干草中营养成分的损失。研究为确定紫花苜蓿热风干燥工艺参数,提高紫花苜蓿热风干燥品质提供参考。     

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。     

基于两级干燥工艺的玉米果穗太阳能集热通风干燥系统设计

利用中国西北充沛的光热及干燥空气资源,考虑节约热风的能源消耗等因素,设计了一套适用于玉米果穗和籽粒分两级干燥工艺的太阳能集热通风干燥系统,系统安装了可自卸平置式物料床,方便玉米果穗的干燥与卸载;控制系统可根据干燥仓内温度的变化实现对通风干燥系统的自动控制。试验表明,此系统可在短时间内将玉米果穗干燥,利用该太阳能集热通风干燥系统进行玉米果穗的两级干燥,干燥时间较一次干燥工艺缩短了18 h,平均降水速率每小时比玉米果穗一次干燥提高60.8%。该系统设计为我国育种干燥工艺及其相应设备的研究提供了参考。     

花椒恒温与控温热风干燥的对比试验研究

目前干燥花椒的方法大多采用恒温或分阶段控制温度热风干燥.为了找出最优的热风干燥花椒的工艺,进行了这两种方法的对比试验.试验结果表明,经过恒温热风干燥和分阶段控制温度热风干燥的花椒,在品质上相差不大,但在干燥能耗和速率上,后者普遍优于前者;最优的花椒热风干燥工艺是:初始温度为35℃,180min后迅速升温至50℃,风速为1.4m/s,总干燥时间为300min.     

人造米热风干燥数学模型的建立及其应用

采用循环热风干燥装置，对人造米进行脱水干燥。试验表明，在一定的工艺条件及相对湿度下，热风温度、风速对人造米产品品质有显著影响。该文建立了热风湿度为２０％，温度在７０～９０℃，风速在１．８～２．４ｍ／ｓ范围内人造米品质及其干燥过程的数学模型。干燥模型为人造米干燥过程产品质量的预测、干燥条件的控制提供了依据     

热风和真空干燥玉米的品质评价与指标筛选

为了能对热风和真空干燥后玉米的品质作出合理的评价,对在2种干燥方式和强度下处理的玉米样品物理、生理生化指标进行测定与分析,利用主成分分析法,对干燥后玉米的品质评价指标进行筛选。结果表明,对热风干燥,在温度低于60℃、干燥速率小于4.21%/h时,玉米裂纹率低于35%;当温度高于75℃、干燥速率大于4.65%/h时,玉米电导率急剧升高,丙二醛（MDA）含量、脂肪酸值增加,过氧化物酶（POD）活力下降;玉米初始含水率越高,品质指标受干燥强度的影响越大;而对于真空干燥,当温度低于75℃、干燥速率小于5.56%/h时,玉米裂纹率小于35%,温度高于75℃、干燥速率大于5.56%/h时,电导率和MDA含量、脂肪酸值增加,POD活力下降。主成分分析得到热风干燥玉米的关键评价指标为裂纹率、脂肪酸值、POD活力、MDA含量和电导率;真空干燥玉米的关键评价指标为裂纹率、发芽率、POD活力和电导率,所建立的综合评价模型可反映玉米的干燥品质特性。     

玉米果穗在自然通风过程中水分迁移的动力学分析

为了探索玉米果穗水分迁移规律,针对低温自然通风降水过程中玉米果穗的绝对水势、扩散系数及活化能的变化规律及影响因素进行了分析。结果表明:在低温条件下,玉米果穗通过仓储自然通风干燥至安全水分需要3到4个月的时间;随着环境温度的上升,空气与玉米的绝对水势均逐渐增大,玉米的绝对水势大于空气绝对水势,玉米水分下降,当两者间的绝对水势差值逐渐缩小时,仓内粮食的水分子没有足够能量从表面扩散到周围的空气中,玉米水分逐渐趋于平衡;各仓水势梯度明显,水分从西向东迁移,仓内迎风面水势值小,水分下降快,粮堆厚度对绝对水势有影响;玉米果穗的水分扩散系数范围为2.563×10-12~5.34×10-12 m2/s,粮食与空气的绝对水势差及粮堆厚度对水分扩散系数均有影响;Arrhenius方程可以描述玉米果穗水分扩散系数与温度的关系,玉米果穗水分扩散的平均活化能为35.76 k J/mol。研究结果将为粮食储藏与干燥过程的动力学研究提供理论依据。     

干湿交替灌溉与施氮量对水稻叶片光合性状的耦合效应

【目的】探讨干湿交替灌溉与施氮量耦合对水稻光合性状及其效应的影响,从光合源及光合质方面阐明不同水氮组合处理在光合性状上的差异。【方法】以新稻20为材料进行土培试验,设置浅水层灌溉 (0 kPa)、轻度干湿交替灌溉 (–20 kPa) 和重度干湿交替灌溉 (–40 kPa) 3种灌溉方式及不施氮 (N0)、中氮 (MN, 240 kg/hm2) 和高氮 (HN, 360 kg/hm2) 3种氮水平,研究不同水氮耦合处理对水稻产量、叶片叶绿素含量、叶面积指数、叶片氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率的影响。【结果】灌溉方式与施氮量存在显著的互作效应,轻度干湿交替灌溉增加了主要生育期叶片叶绿素含量、氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率,提高抽穗后群体叶面积指数,且与MN耦合后产量最高,为本试验最佳的水氮耦合运筹模式;重度干湿交替灌溉则显著降低主要生育期叶片叶绿素含量、叶片氮含量、叶面积指数、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率;在同一灌溉方式下,中氮处理提高叶片净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率,有利于穗后叶片叶绿素含量及叶面积指数提高,重施氮肥反而降低叶片光合及荧光效率。水稻叶片叶面积指数、光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ潜在活力及最大光化学效率与产量均呈显著或极显著的正相关关系。水稻主要生育期光合性状指标的供氮效应均为正效应,轻度干湿交替灌溉下主要生育期叶片叶绿素含量、氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率的供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。【结论】轻度干湿交替灌溉耦合中氮处理水稻叶片净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率提高,有利于穗后叶片叶绿素含量及叶面积指数形成,表明通过适宜的肥水调控发挥水氮耦合效应,可以创造良好的光合性状,提高水稻光合生产能力,从而促进水稻高产。     

马铃薯薄壁细胞组织一维等温干燥模型

为真实描述植物薄壁细胞物料干燥过程的水分传输机理,该文基于组织生理结构、微观参数测量技术和细胞结构变化,提出了适用于整个低温对流干燥过程的薄壁细胞组织模型。模型假设组织由细胞聚集而成,细胞由细胞壁、细胞膜和细胞腔模型溶液组成。细胞壁中的水分为纯水,干燥过程中细胞壁仅变形,不收缩;细胞膜为理想半透膜,集总了真实细胞内所有的跨膜渗透效应;模型溶液中的水分扩散则代表了真实细胞内部所有的扩散效应;干燥过程中,细胞膜始终紧贴细胞壁,细胞失去膨压后,塌陷收缩。基于组合参数传输模型建模方法构建了考虑细胞和收缩的一维传质模型。模型中细胞尺度的水分传输为局部水势平衡假设下的细胞腔到细胞腔、细胞壁网络和细胞气相间隙传输,宏观传递系数直接由细胞传输特性推演获得。模拟和试验表明:平均干基含水率不低于1.0 kg/kg时,模型可准确预测马铃薯组织的干燥过程,相对误差不超过20%。模型分析揭示:马铃薯组织干燥过程水分传输途径的优先级为细胞腔到细胞腔细胞壁网络细胞间隙。     

玉米丸粒化种子的薄层干燥试验及其干燥模型

玉米丸粒化种子刚制成后其含水率比较大，必须及时干燥。其干燥工艺的合理选择对提高干燥效率，减少能耗，保证质量非常重要。采用正交试验的方法，对玉米丸粒化种子进行了3因素3水平的干燥试验，得出其干燥曲线为指数曲线，并分析各试验因素对干燥特性的影响。同时对不同风温下的干燥曲线进行了模型比较，采用多元线性回归分析程序，经拟合得出适合于玉米丸粒化种子的数学模型为Page模型。玉米丸粒化种子干燥特性不同于非丸粒化种子，丸粒化种子有其特定的薄层干燥方程。该模型能较好地预测各干燥阶段的干燥速率及含湿量，确定合理的干燥工艺以便调控干燥环境，达到高效低耗的目的。     

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。     

热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验

中国东北地区现有的粮食干燥系统多为大型多段塔式燃煤干燥系统,在粮食干燥过程中,热空气与粮食经过一次换热后,生成的高温高湿废气直接排入了大气,不仅造成了能量的巨大浪费,而且严重污染了环境。该文针对东北地区寒冷气候特点及多段塔式燃煤玉米干燥系统存在的高能耗、高污染问题,开发了一种热管联合多级串联热泵玉米干燥系统,该系统能够实现对多段塔式燃煤玉米干燥中废气的余热回收和废气中杂质的清洁处理,从而达到节能减排的效果。在该系统的基础上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米热泵干燥装备,进行了3种规模的产业化示范,并对300 t/d的玉米热泵干燥系统进行了性能试验。结果表明,系统每小时的耗电量为538 kW·h,除湿速率为2016 kg/h,热泵机组的制热系数COP(coefficient of performance,COP)在3.7~6.7之间,除湿能耗比SMER(specific moisture extraction rate,SMER)为3.75 kg/(kW·h)。对多段塔式玉米热泵干燥和玉米燃煤干燥经济性进行比较研究,结果表明:得到1 kg干玉米的热泵干燥成本为0.038元,而燃煤干燥的成本为0.049元,单位玉米的热泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。与玉米燃煤干燥相比,玉米热泵干燥能大量降低污染物的排放,节能减排效果明显,可为热泵干燥技术在粮食烘干领域应用提供有价值的参考。     

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。     

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。     

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。     

苦杏仁去皮热风干燥适宜温度提高油脂品质

为探索适宜的杏仁热风干燥温度,以热烫去皮处理后的湿杏仁为试验材料,研究了热风干燥不同温度对杏仁及其油脂的感官、理化和营养品质的影响。结果表明,经热烫去皮、干燥处理后可以得到颜色较浅的杏仁油,有利于提高杏仁油的感官品质,但会造成杏仁油过氧化值显著升高(P0.05),油酸、亚油酸、十七碳烯酸、二十碳一烯酸等不饱和脂肪酸的比例和甾醇含量降低,棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、十七碳烷酸、二十碳烷酸、二十碳一烯酸的比例和总生育酚含量升高,对杏仁油的理化特性和营养品质产生影响。但不同脂肪酸及其伴随物种类、不同温度处理变化幅度不同。随着干燥温度的提高,干燥速率逐渐加快,杏仁及杏仁油的颜色逐渐加深,杏仁油亮度下降,酸价略有升高,但不同干燥温度之间差异不显著(P0.05);过氧化值呈上升趋势,且80℃以上干燥处理显著高于40℃和60℃干燥处理(P0.05);总不饱和脂肪酸、油酸、亚油酸、十七碳烯酸、二十碳烷酸的比例及β-生育酚、δ-生育酚及总生育酚含量总体呈下降趋势,棕榈油酸、棕榈酸、硬脂酸的比例和β-谷甾醇、总甾醇含量总体呈升高趋势。低温干燥有利于提高杏仁油中生育酚含量,而提高干燥温度则有利于杏仁油中植物甾醇含量的提高。尤其是干燥温度为80℃以上时,杏仁油的品质变化加快。因此,为提高杏仁油理化与营养品质,杏仁脱皮后的干燥宜在80℃以下的较低温度条件下进行。研究结果可为杏仁干燥和高品质杏仁油加工提供参考。