红外加热技术在农业物料加工中的应用

介绍了生物材料红外吸收光谱的原理和特点，总结了红外加热技术的优点，列举了几种农业生物材料干燥数学模型以及合理选择干燥模型的标准。通过大量的实例阐述了红外辐射技术在谷物干燥、果蔬脱水以及农产品消毒杀菌方面的应用和研究。在此基础上提出了红外干燥技术在生物材料加工中的进一步研究方向。     

稻谷红外辐射与对流联合干燥过程的模型模拟

为了揭示红外辐射与对流联合干燥机理以及干燥过程的热质传递特性,建立了联合干燥过程的数学模型;数值模拟了稻谷干燥中的热质传递过程;根据数值模拟的干燥条件,搭建了红外辐射与对流联合干燥试验台;通过红外辐射与对流联合干燥试验,研究了不同操作条件对干燥过程的影响。结果显示数值模拟结果与试验数据吻合良好。     

果蔬红外辐射干燥动力学的影响因素综述

综合分析了影响果蔬红外辐射干燥动力学的内在因素和外在因素,并阐述了物料在干燥过程中脱水量与各种支配因素的关系,探讨了物料内部水分的迁移、扩散过程,研究了湿物料的传热传质特性,在寻求干燥规律的基础上提出了红外辐射加热技术在果蔬脱水过程中的进一步研究方向。     

果蔬红外干燥在线实时检测系统设计

设计了一个果蔬红外干燥在线实时数据检测系统。采用质量传感器、AD温度传感器、PCI8310数据采集卡等将干燥设备中的果蔬样本信息储存到PC中,借助于VB程序进行数据处理,实现数据可视化,且生成了干燥曲线、辐射温度变化曲线及物料温度变化曲线。系统测试试验结果表明：该检测系统在线检测误差在±0.03％范围内,能够准确、实时反映果蔬红外辐射干燥过程特性。     

地黄真空红外辐射干燥质热传递分析

以Fourier方程和Fick定律为基础,建立了地黄真空红外辐射干燥过程传热、传质的数学模型.通过理论推导和试验测定,确定了模型中有关参数的数值或方程.利用有限差分法进行了不同干燥条件下物料温度和含水率变化的数值模拟.结果表明:模拟值和试验值吻合较好,该模型可以较好地拟合地黄干燥过程中温度和含水率的变化,且能较好体现各干燥参数对干燥特性的影响情况.     

基于神经网络红枣红外辐射干燥预测模型建立

针对红枣红外辐射干燥含水率的变化具有非线性和时变性、很难利用现有的模型构造一个数学模型来描述其变化规律的问题,利用Mat Lab神经网络工具箱和红枣红外辐射干燥特性试验数据建立了神经网络预测模型。通过对实测值和模型预测值进行分析研究,得出利用BP神经网络可以较快速、准确地建立模型来描述含水率的变化规律,且模型的预测值与试验测试值误差较小,能很好地实现在线预测的效果。     

方形果蔬热风干燥变形规律研究

不同形状果蔬物料模型,干燥变形规律不尽相同。球形果蔬各径向均匀,可从径向和整体得到果蔬干燥变形规律;但球形物料制作困难,实际干燥研究应用中多采用方形果蔬物料。为此,以方形萝卜样本为研究对象,通过热风干燥,测定干燥过程中萝卜样本三维参数。同时,对其干燥过程中体积变化与含水率的相关规律进行研究,揭示方形萝卜干燥过程的变形规律,并建立变形的数学模型,得到干燥方程,为果蔬干燥过程的特性研究和生产技术提供理论指导。     

基于BP神经网络的旁热式辐射与对流粮食干燥过程模型

针对旁热式辐射与对流粮食干燥机的干燥特点,建立了一种粮食干燥机干燥过程的BP神经网络预测模型。该模型采用了3层神经网络结构(8-10-1),模型输入为粮食干燥机的8个变量,模型输出为出口粮食水分比或干燥速率。通过编写Matlab建模程序,基于实际干燥实验的样本数据训练与测试网络,实现了红外辐射与对流联合干燥的动力学模型,并给出了相应的模型数学表达式,模型预测的出口水分比与干燥速率的R2分别为0.998 9和0.998 0,均方根误差分别为0.009和0.004 1,预测结果与实际测量数据拟合较好;另外,结合实验干燥条件对模型干燥性能的预测结果进行了分析与总结,并依据同样方法建立了顺逆流粮食干燥过程的出口粮食水分比预测模型,对比了2种干燥方式的干燥性能。仿真预测表明用BP神经网络方法建模简单,具有自适应性、灵活性和自学习性等特点,相比于其他粮食干燥的经验数学模型,能综合考虑多种影响因素,可为红外辐射与对流联合干燥过程提供一种新的建模方法。     

红外辐射干燥胡萝卜切片结构特性研究

在不同干燥条件下进行胡萝卜切片红外辐射干燥试验,对表观密度、孔隙率、体积比和体积收缩系数进行了研究。结果表明:表观密度与辐射距离、辐射功率成反比,孔隙率随着含水率的减小而增大,样本厚度与孔隙率成反比,辐射距离与孔隙率成正比,辐射功率在一定范围与孔隙率成正比,超过该范围成反比;为确定适合胡萝卜收缩率和干基含水率比的数学模型,分别基于二次多项式利用线性最小二乘法、指数方程利用非线性最小二乘法对试验数据进行了拟合,得出二次多项式模型拟合较优,能够更好地预测红外干燥过程中胡萝卜收缩率和干基含水率比之间的关系。     

胡萝卜切片红外辐射干燥水分迁移特性研究

为探究红外辐射干燥胡萝卜切片内部水分迁移特性,进行了辐射温度为60℃、切片厚度为5 mm时的胡萝卜切片红外干燥试验,并利用低场核磁共振波谱法对胡萝卜切片横向弛豫时间T2图谱进行了分析。试验结果表明,红外辐射干燥过程中自由水和半结合水的横向弛豫时间T2显著大于热风干燥;峰面积A0的衰减速度明显快于热风干燥,即干燥速率、水分变化梯度显著高于热风干燥;试验还得出了红外辐射和热风干燥胡萝卜切片的峰面积随干燥时间衰减趋势拟合方程。试验数据为进一步研究胡萝卜切片的精细化干燥和优化干燥工艺奠定了基础。     

果蔬热风干燥含水率在线测量装置设计与试验

为了实现果蔬热风干燥的智能化控制,综合运用数学模型法与介电常数法,以IAP15W4K58S4型单片机为主控芯片,利用现有的高精度电容传感器AD7746,设计了基于MCU的果蔬热风干燥含水率在线测量装置。以鸡腿菇为研究对象,通过热风干燥试验,建立了可准确预测其热风干燥过程中含水率的数学模型和相对介电常数-含水率计算模型,并用程序语言将模型进行编码及编译并写入系统,实现了双模式测量。验证结果表明:该装置能准确测量鸡腿菇热风干燥过程中的含水率,测量结果相对误差小于3%。     

苹果介电常数与干燥特性相关性研究

使用HIOKI LCR测量仪及配套电极测量了热风干燥过程中苹果及苹果与空气混合物的相对介电常数,通过介电常数与干燥特性指标的拟合,分别建立了苹果、苹果与空气混合物介电常数与相对含水率、干燥速率的关系方程。结果表明,介电常数与干燥特性指标均显著相关,且混合物介电常数与干燥特性指标相关性更好。     

一种果蔬烘干装备设计

我国果蔬年生产量大,但运输、保鲜成本相对较高等问题影响了鲜果类产品的销售。设计了一种方便实用的果蔬烘干装备,烘干试验结果表明,其保温性能≤5 ℃（设定温度50 ℃时每10 min降温）,批次处理量≥3 000 kg,批次平均水分蒸发量≥48 kg/h。该装备可以满足大部分果农对新鲜果品及蔬菜的烘干需求,推广应用前景良好。      

直流高压电场中枸杞的干燥特性与数学模型研究

以枸杞为对象,研究其在相同温度和湿度、不同强度直流高压电场下的干燥特性;检测干燥后枸杞的收缩率、复水率;测量高压电场和干燥箱干燥后枸杞内部多糖和维生素C含量;计算了舍伍德数、传质增强因子以及水分有效扩散系数;采用10种常用的薄层物料干燥数学模型和3个统计参数对干燥数据进行了模拟和比较。结果表明:在直流高压电场下枸杞的干燥速率明显比对照组的干燥速率大,在同一电压下枸杞的干燥速率随着干燥时间的延长逐渐减小,枸杞的干燥速率随着电压的提高而增加,单位能耗也随着电压的增加而增加。在直流高压电场下枸杞的复水率比对照组的复水率高,单因素方差分析表明,在直流高压电场下枸杞的复水率与对照组的复水率之间存在显著性差异,但收缩率之间不存在显著性差异。高压电场干燥比干燥箱干燥更好地保存了枸杞内部的营养成分。传质增强因子随着电压的增加呈线性增长关系,枸杞内部水分有效扩散系数随着电压的增加而增加。通过统计参数分析,发现所选的10个数学模型都可以用来描述枸杞在直流高压电场下的干燥过程,其中Midill and Kucuk模型最适合用来描述直流高压电场中枸杞干燥曲线的变化规律。高压电场影响枸杞表面的微观结构。这为优化直流高压电场干燥枸杞工艺,提高干燥效率和发展枸杞干燥技术提供了线索和实践指导。     

关节型果蔬采摘机械臂优化设计与试验

针对现有采摘机械臂存在的问题,研制了四自由度的关节型果蔬采摘机械臂.为使机械臂能够灵活高效地收获目标空间果实,同时尽量减少机械臂的操作空间和结构尺寸,提出了一种应用于采摘空间为任意立方体,通用的关节型机械臂结构参数优化方法:以工作空间为约束条件,建立优化设计的数学模型,并利用Matlab优化工具箱来实现.为验证优化方法...     

低温干燥方法及其在农业工程中的应用

在农业工程中,低温干燥具有保留物料品质、节约能源等特点,高温干燥则有干燥速率快、干燥周期短等特点。重点阐述了农业工程中常用的低温干燥方法,包括真空低温干燥、热泵低温干燥、低温除湿干燥和微波低温真空干燥等,介绍了它们的基本工作原理,综述了低温干燥在农业工程中的应用情况,其中包括食品与果蔬、木材、中草药和谷物等方面,同时对低温干燥的发展趋势和前景进行了展望。      

高压矩形脉冲电场对果蔬干燥速率的影响

高压矩形脉冲电场作用果蔬后能有效地击穿细胞膜,增强渗透性,最大限度地提高干燥速率,缩短加工时间,减少加工能耗。为此,在高压矩形脉冲电场下对萝卜进行干燥前预处理,运用响应面设计法进行对比试验,分析了萝卜干燥速率的变化,获得了高压矩形脉冲电场预处理的优化工艺参数。结果表明:高压脉冲电场的3个参数对白萝卜干燥性能的影响均达到极显著水平,作用程度依次为脉冲强度、脉冲个数和作用时间;经高压脉冲电场预处理后干燥速率比未处理的平均提高13%,当脉冲强度、脉冲个数和作用时间为1420V/cm,30个,110μs时预处理效果最佳,干燥速率比未处理提高40%。结果表明,采用高压脉冲电场预处理对提高果蔬干燥速率效果明显,作为预处理工艺应用于加工时间长、能耗大的真空冷冻干燥中有很好的应用前景。     

果蔬变风温干燥的试验研究

在振动流化床干燥机上，对果蔬物料的干燥特性进行了研究。提出了果蔬的循环变风温干燥工艺，并对其进行了初步的试验，认为此种干燥工艺具有节能和提高干制品品质的优点。