稻谷种子安全干燥温度模型研究

以稻谷干燥时的活力退化动力学方程为基础，结合稻谷玻璃化转变理论建立了稻谷种子安全干燥温度模型。并通过稻谷种子的发芽率试验确定了种子安全干燥温度模型方程的系数。数学模拟结果表明，稻谷干燥过程中随着水分的降低，种子安全干燥温度曲线存在一个最低点；依据稻谷初始含水率由高到低，其最低安全干燥温度由低到高，而且种子通过最低安全干燥温度曲线最低点以后所能承受的温度则有所提高；当稻谷初始含水率低于13%(w.b.)时，种子安全干燥温度曲线后半段近似为一直线，不再有拐点（最低点）。论文最后提出了稻谷种子安全干燥温度和操作工艺，以及选择种子安全干燥温度时应注意的问题。     

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。     

稻谷深床干燥发芽率模型建立及影响因素

为了提高稻谷种子干燥品质,并解决已有稻谷干燥发芽率预测模型应用的局限性,利用深床干燥试验台进行水稻干燥二次回归正交旋转组合试验,构建并验证了稻谷固定深床干燥发芽率一阶动力预测模型,确定并优化模型参数为待定常数Z1=0.06011,待定常数Z2=0.02558,胚蛋白变性活化能E=194.18333,经检验模型预测误差平方和为0.48358,具有较高的预测精度。建立了试验因子与发芽率间关系的回归数学模型,分析了各因素对发芽率的影响规律, 利用贡献率法确定了各因素对发芽率影响的主次关系。比较两类模型并利用频数分析法进行了干燥工艺参数优化,给出了发芽率具有95%概率高于90%的参数范围,为种稻干燥生产和干燥设备的参数设计提供参考。     

中国稻谷干燥现状和稻谷干燥设备的开发

介绍了我国稻谷干燥技术和干燥设备的现状,重点探讨了稻谷干燥的特点,如低温、大风量和干燥后必须缓苏等。对稻谷干燥中的爆腰问题作了深入的分析,对影响稻谷品质的主要因素如干燥速率、缓苏时间和爆腰率的测定时间和方法进行了讨论。对进一步发展我国的稻谷干燥技术提出了建议。     

增湿加热稻谷干燥工艺的试验研究

研究了增湿加热的稻谷干燥工艺减少爆腰产生的机理。采用增湿的热空气干燥稻谷时,可以减少稻谷内部水分梯度,降低了内部应力。通过试验分析了稻谷干燥爆腰率增值与空气温、湿度关系,提出了合理的增湿加热干燥工艺参数。     

磁场对稻谷干燥特性的影响

针对稻谷的传统干燥过程存在能量消耗大,发芽率低和爆腰率高等缺点,把磁场引入稻谷干燥过程中,能快速而经济地降低稻谷的水分并保持其良好品质。采用永磁场强化稻谷的干燥过程,比较干燥时间、发芽率和爆腰率的变化。结果表明：在相同功率下稻谷在磁场中干燥时间比无磁场时缩短5％,平均失水速率加大,稻谷的发芽率有所升高、爆腰率下降;随着干燥功率的增加,磁场对稻谷的发芽率和爆腰率的影响加大。在试验基础上探讨了磁场对稻谷干燥过程的影响机理。     

稻谷深床干燥工艺参数对干燥比能耗的影响

摘要：为降低稻谷干燥能耗并提高其生产效率,在全面分析已有相关指标基础上,提出了可反映热力特性的稻谷深床干燥新指标效能比。利用深床干燥试验台进行稻谷干燥单因素试验和五因素五水平二次正交旋转组合试验,建立了试验因子与效能比间关系的回归数学模型,分析了各因素对效能比的作用规律,利用频数分析法进行干燥工艺参数优化,得到了比能耗具有95%概率低于2000 kJ/(kg?h)的参数范围：热风温度56.2～57.7℃,表现风速0.89～0.96 m/s,谷层厚度35.3～37.0 cm,初始含水率21.31～21.86%,干燥时间2.87～3.16 h。为稻谷干燥机的节能设计与操作提供参考。     

微波干燥稻谷和糙米的能量效率

对厚层及均匀平铺载荷条件下稻谷和糙米的微波干燥过程中的能量效率问题进行了研究。根据本研究的实验数据,如果干燥方法和工艺安排合理,微波干燥稻谷和糙米可达到较高的能量效率,甚至可达到高于传统干燥方法。在微波干燥过程中安排一定的间歇时间以发挥照射后期作用、间歇照射作用或缓苏作用,可以有效地提高微波干燥过程中的能量效率。有2h间歇的干燥工艺的能量效率是没有间歇的干燥工艺的能量效率的5倍。载荷形式对微波干燥过程中的能量效率影响也较大。微波干燥中建议采用薄层载荷形式。     

高湿稻谷逐步升温干燥工艺试验研究

针对南方双季稻区高湿稻谷,对薄层谷粒的水分迁移过程进行动态跟踪,发现降速干燥过程具有明显的二段性。通过测定深层干燥中气流状态的变化过程,由热质衡算得出深层干燥特性曲线,研究了高湿稻谷深层干燥中的热质运动规律,结合稻谷爆腰率的变化规律,给出了合理的干燥工艺     

高水分稻谷干燥工艺试验研究

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场要求,采用试验方法,在分批循环式稻谷干燥机上试验了低恒温干燥、变温干燥和变温干燥过程中增加缓苏时间的三种干燥工艺。依据试验结果,分析稻谷含水率、干燥介质温度、稻谷温度、缓苏烘干时间比等参数之间的联系与相互作用。试验表明：稻谷含水率高于21%时,降水速率可大于每小时1%,可采用60～70℃的介质。当稻谷含水率小于18%时,介质温度应小于60℃,降水速率小于每小时1%。当高水分稻谷进行了3～4次烘干缓苏后,利用中间缓苏仓增加缓苏时间,使稻谷内部与表层的温度、水分趋于平衡,有利于改善烘后品质和后续工艺的干燥降水。该结论对高水分稻谷干燥工艺设计和设备研制具有实用参考价值。     

基于Weibull分布函数的葡萄干燥过程模拟及应用

为了探究Weibull分布函数中各参数的影响因素及其在干燥中的应用,该文以不同干燥方法（气体射流冲击干燥、真空脉动干燥）、干燥温度（50、55、60和65℃）以及烫漂预处理（30、60、90、120 s）的葡萄干燥过程为研究对象,利用Weibull分布函数对其干燥动力学曲线进行模拟并分析。研究结果表明：Weibull分布函数能够很好的模拟葡萄在试验条件下的干燥过程;尺度参数α与干燥温度有关,并且随着干燥温度的升高而降低;形状参数β与干燥方式和物料状态有关,但干燥温度对形状参数β的影响很小。计算了葡萄在干燥过程中的水分扩散系数Dcal在0.2982×10-9~2.7700×10-9 m2/s 之间,并根据阿伦尼乌斯公式计算出热风干燥和真空脉动干燥方法的干燥活化能分别为72.87和61.43 kJ/mol。研究结果为Weibull分布函数在葡萄干燥过程的应用提供参考。     

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。     

基于玻璃化转变的稻谷干燥变温控制系统的设计与试验

针对在稻谷变温干燥过程中变温节点不明确、温度波动范围大和响应时间慢等问题,该研究设计了一种基于玻璃化转变的稻谷变温干燥控制系统。根据稻谷玻璃化转变曲线,确定变温控制策略,运用Logistic回归分析建立混配阀门开度和稻谷温度之间的控制模型并通过最小二乘法辨识模型参数。利用遗传算法对模糊隶属度函数进行优化,目标函数值迭代至0.118收敛,寻得最优幅宽。在Simulink仿真试验中,稻谷温度设定为42 ℃时,模糊PID控制的响应时间为66.43 s,且超调量为3.600%,优化后的模糊PID控制响应时间为37.06 s,且超调量为0.120%;在150 s加入5 s的外部信号干扰,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少4.19 s且超调量减小0.050%;在稳态时输入升温信号,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少16.79 s且超调量低0.338%。利用自主研制的干燥试验台进行变温试验,在变温响应试验中,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制在目标温度和梯度升温调节时间中分别缩短了37.56 s和18.63 s;在温度稳定性试验中,稻谷温度变化范围为41.9～42.1 ℃,平均相对误差小于0.4%,变异系数小于0.5%;在建三江国家农业高新技术示范区浓江农场进行生产性验证,优化后的模糊PID控制系统响应时间小于30 s,稳态温度误差在±0.15 ℃,平均相对误差小于0.5%。测试数据表明变温干燥控制系统性能稳定,满足实际干燥作业的生产工艺需求。     

循环式谷物干燥机干燥过程的模拟计算和分析

论述了利用薄层干燥方程理论建立的可模拟循环式谷物干燥机的干燥模型。用此模型可以计算出干燥水稻所需的干燥时间、能耗、缓苏程度系数,以及干燥过程中谷物水分变化和排气温、湿度的变化。经实际验证,所建模型模拟计算结果与试验结果基本相符,可用于分析此类干燥机的工作情况,为研发和改进此类干燥设备提供了有效技术手段。通过模型计算,选择适当的风温和风量,可较好地兼顾干燥时间和能量消耗的需求;模型计算表明干燥初期使用较低的风温,以后逐步升温的变温干燥可节约能量,提高稻谷品质;适当增大干燥段的容量可较大幅度降低干燥时间和能耗。     

基于㶲分析法的粮食逆流干燥系统能效评价与试验

为客观、合理地评价粮食逆流干燥系统的能效,实现粮食高效节能干燥,该文基于?分析法,从气流状态变化考察逆流连续式干燥工艺系统的能量利用程度。结果表明:在试验条件下,干燥机内各干燥段能量利用效果较好。在高温和低温干燥段,排气和干燥室热损失率最高分别不超过6.68%、11.09%和21.26%、9.37%,热效率和?效率不低于83.02%、68.1%和69.37%、56.22%;在冷却段,由于粮温比风温高,风对稻谷有明显的降温去水作用。而系统的平均热效率和?效率为80.24%和64.52%,表明系统能量匹配效果较好,稻谷的平均单位热耗量为2 944.6 k J/kg,与国标≤7 400 k J/kg相比,节能达到60.2%,节能效果明显。研究结果为干燥工艺设计、探索节能的途径和制定粮食干燥系统能效评价标准提供参考。     

熟化红薯热风干燥特性及数学模型适用性

为了为红薯干热风干燥工业化提供理论基础,该文研究了不同温度（60、70、80℃）、风速（0.8、1.2、1.6 m/s）和厚度（0.6、0.9、1.2 cm）条件下红薯的热风干燥特性。比较了12种数学模型在熟化红薯热风干燥中的适用性,结果表明Wang and Singh模型的拟合程度最高,R2值、χ2和RMSE值分别为0.998、0.000168和0.0117。计算了不同干燥条件下的有效水分扩散系数Deff和活化能Ea,有效水分扩散系数Deff随着干燥温度、风速和物料厚度的增加而变大,干燥活化能Ea为40.103 kJ/mol,可为其干燥工艺的控制提供技术依据。     

基于含水率变化的气体射流冲击干燥过程温度自适应控制系统

为了给变温干燥工艺提供新的技术支持,实现基于含水率变化的干燥温度自适应控制,该研究设计了具有物料含水率在线检测功能的温度自适应控制系统。采用卷积神经网络建立了以质量检测值、气流冲击速度、称重传感器弹性基体温度、气流冲击距离为输入,物料真实质量为输出的含水率在线检测模型。进行了含水率在线检测模型验证试验。结果表明,该模型满足变温干燥工艺中含水率在线检测的精度要求,5组含水率在线检测模型验证试验的决定系数R²和均方根误差RMSE依次为0.9934和1.20%。该文设计了改进神经网络-PID（improved neural network-PID,INN-PID）控制器来实现变温干燥工艺中的温度控制。在MATLAB软件中以单位阶跃信号为输入对PID、神经网络-PID（neural network-PID,NN-PID）和INN-PID控制器的动态性能进行仿真。对3种控制器分别进行了50~55 ℃的干燥温度控制试验。结果表明,在仿真试验中,INN-PID控制器的控制稳定性和调节时间均显著优于另外两种控制器;干燥温度控制试验结果与仿真结果存在近似相同的规律,INN-PID控制器的峰值时间是208.00 s,调节时间是120.59 s,最大超调量是4.87 %,满足变温干燥过程中温度控制的要求。该研究在气体射流冲击干燥机中搭建了温度自适应控制系统,进行了基于含水率变化的温度自适应控制试验。结果表明,该系统可以对基于含水率变化的变温干燥工艺中的干燥温度进行快速且有效的调节。该研究对提高干燥设备的自动化水平以及开发新的变温干燥工艺具有重要意义,对其他领域的多信息融合检测和控制策略研究提供参考。     

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。     

谷物干燥实时在线智能水分测量系统

采用电阻法在线测量谷物干燥过程中的实时水分,针对测量信号质量差采用测频电路进行测量信号的阻-频转换,对于谷物水分强温度依赖性和测量本构非线性,应用基于单片机的智能数据融合方法和智能非线性处理算法,所构建的水分测量系统克服了传统电阻法水分测量误差大、信号抗干扰能力和传输性差、测量数据的温度影响大以及硬件非线性电路处理能力差等方面缺陷,具有测量精度高、测量适应性强、信号质量好、测量装置结构简单等优点。