膨化颗粒饲料穿流干燥试验

为了了解颗粒物料在穿流干燥过程中的干燥特性,利用自制的干燥试验台,在不同的干燥条件下以膨化饲料颗粒为例进行了穿流干燥试验。分析了通风方式（单向通风和换向通风）、热风温度（90和100℃）、床层厚度（5、7.5、10、15、20 cm）对其干燥动力学及干燥均匀性的影响。研究结果表明,床层厚度为15 cm,干燥至30 min时,换向通风的干燥不均匀度为10%,而单向通风的干燥不均匀度为23%,因此,换向通风比单向通风物料的水分均匀性提高,但不能提高干燥速率。当床层厚度为20cm,干燥将要结束时,100℃干燥的干燥不均匀度比90℃干燥要高6%,即温度越高,物料的干燥不均匀度越大。单向通风试验在床层厚度为10cm、热风温度为100℃时,会出现整体床层的"表观恒速干燥"现象;当床层厚度大于10cm时,会出现短暂的干燥速率增加现象。     

箱式通风干燥机小麦干燥试验研究

为了解小麦平床通风干燥特性,该文以某型号箱式通风干燥机为试验设备,开展小麦收获后干燥试验研究,测试分析了干燥床风场分布、干燥床层含水率分布、温度分布及耗能等特性。研究表明,该设备在水平面和垂直面均存在较明显的干燥速度差异;在干燥6h结束时整个小麦床层的最大含水率差异超过3%,影响整批物料的干燥效率和干燥成本;干燥5h后整批物料含水率达到小麦贮藏要求,每1kg物料含水率下降5%的能耗成本为0.09元。根据试验研究结果,提出在入风口增加导风栅格、干燥仓体4个角采用圆弧过渡处理、采用气流换向机构和交替换向通风干燥工艺等改进措施来改善该设备干燥均匀性。研究结果为该类型干燥机的小麦干燥工艺优化及设备改进设计提供了依据。     

腐殖酸肥料射频真空干燥特性

为研究腐殖酸肥料射频真空干燥特性及品质,该研究探讨了不同极板间距（160、165 mm）、不同初始湿基含水率（10%、15%、20%）下腐殖酸肥料的升温速率和加热均匀性,在此基础上进行射频真空干燥试验,并以热风干燥试验为对照,采用Weibull函数拟合腐殖酸肥料射频真空干燥特性曲线,对比射频真空干燥与热风干燥对腐殖酸肥料颜色、总氮、总磷、总钾及有机质的影响。结果表明：真空度为0.085 MPa,极板间距为160 mm、初始湿基含水率为15%时,干燥速率和升温速率较快,加热均匀性较好;升温曲线在53 ℃出现拐点,53 ℃前升温较快,53 ℃后升温较慢;除含水率为20%的物料外,极板间距对加热均匀性影响不显著（P > 0.05）,但初始湿基含水率对其有显著影响（P<0.05）;射频真空干燥所需时间较热风干燥缩短约208 min,射频真空干燥可显著提高干燥速率（P<0.05）;Weibull函数能较好的拟合腐殖酸肥料射频真空干燥过程,尺度参数和形状参数随极板间距的减小而减小,随初始湿基含水率的增加呈先减小后增大的趋势;水分有效扩散系数,随极板间距的减小而增大,随初始湿基含水率的增加,呈先增大后减小的趋势;极板间距与初始湿基含水率总体上对腐殖酸肥料的色泽高度L*、红绿值a*、蓝黄值b*、总氮、总磷、总钾、有机质无显著影响（P>0.05）;65 ℃热风干燥后样品的色差值显著高于射频真空干燥（P<0.05）,总氮和有机质含量显著低于射频真空干燥（P<0.05）。在设置的试验条件下,腐殖酸肥料的较佳干燥参数为真空度0.085 MPa、极板间距160 mm、初始湿基含水率15%。研究结果可为腐殖酸肥料射频真空干燥应用提供参考。     

干切牛肉冷冻干燥中高速率升华条件的动态研究

该文研究了干切牛肉冷冻干燥中使升华干燥速率最大化所需要的操作条件.通过建立升华过程中冻结物料温度在Ti时冰晶以最大速率升华所允许的升华层厚度δis、升华时间tis及升华所需物料表面温度Tis的计算模型,计算了预冻终温-30、-29、-28、-26、-24、-22℃的冻结物料以最大速率升华所允许的物料厚度分别为18、15、12、8、6 mm时,升华过程中物料含水率、升华所需物料表面温度Tis;进而预测了干切牛肉冷冻干燥升华过程中制品含水率、物料中心温度随时间发生的动态变化及升华所需物料表面温度的动态值.设定干燥室压强为10 Pa,以物料表面温度预测值控制加热搁板温度开展验证实验,结果表明:物料厚度分别为15、12、8、6 mm的干切牛肉在升华干燥过程中预测含水率与实测含水率相对误差±10%,物料中心温度计算值与实测值的绝对误差±5℃,说明所建立的物料表面温度预测模型可用于6、8、12、15 mm 干切牛肉冷冻升华干燥中搁板加热温度的优化控制,比较不同厚度干切牛肉冷冻升华干燥实验的平均升华速率、脱除水分耗能,6mm厚物料在升华干燥中升华速率最大、能耗最低.     

干切牛肉冷冻干燥中解析干燥过程的动态模拟及优化

该文通过对干切牛肉冷冻干燥中解析阶段含水率、物料温度的动态模拟及干燥速率与耗能分析,确立干切牛肉冷冻干燥中解析干燥的优化操作条件。通过建立解析阶段中脱除水分所需干燥时间以及相应的物料表面温度、物料中心温度的数学模型,并假设解析干燥过程中物料含水率由升华结束时的10.0%下降到干燥结束的0,以含水率变化为自变量,模拟了物料厚度为6、8、12、15 mm的干切牛肉在干燥室压强10 Pa,加热板温度80℃的操作条件下含水率、物料温度随时间的动态变化。以所建模型预测厚度7、9、10、11、12、13、14 mm的干切牛肉在该操作条件下含水率、物料温度的动态值及解析干燥周期。验证试验表明：预测与实测含水率相对误差小于10%,物料中心温度计算值与实测值的绝对误差小于5℃,说明所建模型可用于模拟、预测6～15 mm干切牛肉冷冻干燥中解析干燥阶段的参数变化。比较不同厚度干切牛肉冷冻干燥中解析干燥阶段的干燥比耗时、干燥效率,结果是采用6 mm厚度切片进行干燥,生产单位产品耗能最低,且生产率最大。     

带式烘干机中水产饲料料层厚度对其表面风速场分布的影响

水产饲料在生产过程中经过膨化处理之后的含水率过高,需要进行烘干处理。在饲料烘干过程中,饲料层的厚度是一个重要的参数。料层厚度一方面代表烘干机单位时间内的产能(厚度越大,产能越高),影响烘干机的工作能耗;另一方面,料层厚度影响烘干机中的气流分布,从而对料层表面的风速分布的均匀性产生影响。该文研究料层厚度的变化对料层表面风速分布的影响。首先运用计算流体力学(computationalfluiddynamics,CFD)对3种料层厚度下(20、30、40mm)的烘干机的内部气流分布进行模拟仿真。然后基于实际生产,设计并制造烘干机对3种料层厚度下的烘干机内部气流进行试验验证,并在料层表面9个点利用风速传感器测出风速值,将风速模拟值与试验值进行对比分析。研究结果表明,风速模拟值的分布趋势与风速试验值的分布趋势均一致,且料层厚度的变化影响着烘干机内部的气流分布。当料层厚度为20 mm时,料层表面风速场较不均匀,当料层厚度为40mm时,料层表面的风速分布均匀性较好。该文所做研究为带式烘干机在实际生产中饲料层厚度参数的选择提供了理论指导,降低饲料水分的同时,保持良好的水分均匀性。     

倾斜料盘式气体射流冲击干燥机优化设计及试验验证

针对现有倾斜料盘式气体射流冲击干燥机流场均匀性差、干燥效率低、干燥产品品质不均一等问题,该研究基于现有气流分配室设计了一种特型均流板并对原有导流板尺寸结构进行优化,利用数值模拟软件Fluent对干燥机中气流场进行模拟,并利用响应面法对料盘倾角、喷嘴间距、料盘至喷嘴间距、喷嘴排列方式等结构参数进行优化。结果表明,喷嘴排列方式由矩形排列改变为交叉排列,喷嘴至料盘高度与喷嘴直径比为6.78、喷嘴间距与喷嘴直径比为1.25、料盘倾斜角度为24°时,气流分配室出口气流速度均匀性得到改善,其速度不均系数和速度偏差比降至1%以下。以新鲜胡萝卜片为例进行干燥机结构优化后性能验证试验。结果表明,优化后的干燥时间缩短28.6%,胡萝卜片干燥成品色泽更好,由于较好地保留了微观结构,收缩率由64.2%降低至50.56%,复水比由3.84提高至4.51。该研究解决了现有倾斜料盘式气体射流冲击干燥机干燥不均匀、产品品质低等问题,可为后续实现高效率、低能耗和高品质的干燥加工提供参考。     

稻谷四向通风混流干燥段数值模拟与试验

针对稻谷竖箱式干燥段内粮层气流分布不均匀等问题,基于稻谷四向通风混流干燥工艺,设计了一种适用于四向通风混流干燥段的双侧进气变径角状管,用于提高粮层气流分布均匀性和保持稻谷品质。基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）和多孔介质传热传质基本理论,建立稻谷层内热湿耦合传递的数学模型,通过运用Fluent软件对干燥段内稻谷静态流场和温湿度分布情况进行数值模拟。研究表明：采用双侧进气变径角状管的干燥段,有效解决了粮层流场和温湿度沿进气角状管纵向分布不均问题。采用自主研制的四向通风混流干燥试验台,应用二次回归正交旋转组合试验方法进行了参数优化试验,优化参数组合：热风温度43 ℃,角状管进口风速为4.1 m/s,初始含水率值为18.2%时,干燥速率为1.116 %/h,爆腰率增值为1.7%,食味值为80.33,试验结果与优化结果相符合,稻谷干燥不均匀度为0.7%,干燥效果较优,采用双侧进气变径角状管的干燥段和优化干燥参数具有实际应用价值。     

基于低场核磁共振的热风干燥猕猴桃切片含水率预测模型

为研究猕猴桃切片热风干燥过程中水分迁移规律,该试验通过对猕猴桃切片进行热风干燥,考察不同干燥温度(70、80、90℃)、切片厚度(3、4、5 mm)下的干燥特性。试验采用直接干燥法测定含水率,运用低场核磁共振技术(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR)分析热风干燥过程中猕猴桃切片内部水分分布状态与变化规律,建立动力学模型,验证并预测。结果表明:猕猴桃切片热风干燥开始为外部控制,随后属于内部扩散控制,水分有效扩散系数范围为1.58×10-7～4.18×10-7 m2/s,扩散效率随温度升高而增大。升高温度能显著提高猕猴桃干燥速率,可加快结合水、不易流动水以及自由水的迁移。自由水和结合水先于不易流动水发生变化,自由水含量在干燥前期逐渐下降,此过程中不易流动水和结合水含量均表现为先升高后降低的趋势。当自由水被脱除后,不易流动水和结合水含量依次达到最大值;此后,随着干燥的进行,不易流动水逐渐被脱除,此时结合水含量开始下降直至干燥结束。整个干燥过程中,猕猴桃切片部分自由水先转化为不易流动水和结合水,结合水与不易流动水相互转化,循环往复伴随整个干燥过程。以干燥过程中的自由水、结合水、不易流动水的核磁峰值总和、切片厚度和干燥温度为自变量,猕猴桃切片含水率为因变量,进行多元线性回归分析,建立含水率预测模型,模型的拟合优度为0.982。结果表明,低场核磁共振技术结合数学模型可用于描述猕猴桃切片热风干燥过程,可实现对猕猴桃切片干燥过程中含水率的快速、无损检测,研究结果可为猕猴桃热风干燥工艺和过程设计提供理论依据。     

基于控温控湿的沙棘红外联合热风干燥均匀性与工艺

新鲜沙棘含水率高且易腐烂变质,干燥是延长货架期的重要方式之一。针对现有沙棘热风干燥周期长、品质差、能耗高等问题,该研究基于控温控湿设计了一种红外联合热风干燥装置,并对装置的气流分配室结构进行了优化,设计了一种圆柱形扰流板和方形挡风板,利用数值模拟软件COMSOL对干燥装置中速度场、温度场和湿度场进行了模拟,结果表明通过增加半圆柱扰流板能够改变干燥层间气流量,解决干燥不均匀性问题;借助增设扰流板能够提高气流速度,利用自由流区域高温低湿干燥介质的干燥能力,防止干燥层内不同区域出现干燥不均匀的现象。优化后的干燥室结构将5个干燥层间的最大速度偏差比显著降低。以沙棘为研究对象对干燥工艺进行了试验研究。结果表明,不同干燥温度对沙棘控温控湿红外联合热风干燥时间有显著影响,干燥水分比随干燥时间的增加呈现指数下降趋势。基于层次分析法得到各干燥特性和干燥品质权重,采用综合评价方法得到不同干燥温度下75℃干燥条件综合评分最高。不同介质湿度干燥条件下,当介质湿度为10%干燥时,干燥所需能耗最低,干燥后沙棘复水比最高,具有最高的维生素C(vitamin C,Vc)保留率和总黄酮含量,综合评分最高。40%介质湿度...     

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。     

苜蓿气体射流冲击联合常温通风干燥装备设计及试验

针对苜蓿干燥存在的处理量小、耗能高、叶片损失率高的问题,该文将紫花苜蓿的干燥过程分为高温和常温两个干燥段,设计了气体射流冲击联合常温通风干燥装备,包括基于狭缝型气体射流冲击管的气体射流冲带式干燥机和基于环境条件自动控制的常温通风箱式干燥机。利用计算流体动力学软件Fluent对狭缝型气流冲击管内部的流场进行数值模拟。结果显示增设扰流板可以改善狭缝型气体射流冲击管喷嘴出口气流速度分布的均匀性,速度变异系数由不设扰流板情况下的51.1%降为7.7%;利用单片机控制系统进行信息采集并控制通风的进行,解决夜间物料吸湿回潮、发热的问题。以紫花苜蓿作为原料对干燥装备的性能进行试验验证,结果表明:气体射流冲击联合常温通风干燥的苜蓿具有批次处理量大(150 kg/h)、叶片损失率小(干草的叶片损失率为1.5%)、能耗低(单位去水能耗3 408 k J/kg)的优点。研究结果为低能耗、低叶片损失率的苜蓿干燥技术与装备提供参考。     

污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

5H-1.5A型花生换向通风干燥机研制

为了解自行研发的5H-1.5A型花生换向通风干燥机作业性能,该文介绍了研发设备总体结构、工作原理及烘干箱体、导风组件、换向通风机构、余热回收装置等关键部件,并开展了整机作业性能试验研究,对比了空载工况下有无导风组件时,介质空气穿过承料板后的风场分布特性,测得有导风组件时承料板上方10 cm处风速均在0.68～0.73 m/s范围内,水平方向介质空气通风均匀性显著提高。测试了双入风口并行通风干燥10 h和单入风口换向通风干燥38 h过程中床层物料温度变化及干燥终止含水率分布情况:0～10 h,底层物料温度快速升高,上层物料温度上升缓慢,物料层温差先快速增大后逐渐缩小;10 h后,上、中、下物料层温度呈类波浪式升落,波动幅度逐渐减小,物料层温度逐渐逼近设定干燥温度;干燥终止时,左、右2个干燥半区最大含水率差值分别为1.42%、1.74%,为左、右干燥区含水率总降幅的4.1%、5.1%,干燥均匀性良好。测试并评估了余热回收装置对整机加热贡献率、热效率、能耗成本等的影响:余热回收装置在换向通风阶段对干燥系统的加热贡献率约为61%,系统热效率提高至80%以上,批次干燥能耗成本降低48.7%。与传统固定床干燥设备相比,可节省能耗成本约64.7%,干燥不均匀度降低约82.6%。研究结果可为设备的改进熟化及推广应用提供技术支撑。     

热泵干燥槟榔中试工艺参数优化

为了探索新型节能、低碳排放的槟榔干燥技术,应用热泵干燥设备对槟榔进行干燥研究,获得槟榔热泵干燥中试工艺参数。单因素试验分析了煮沸时间对槟榔硬度的影响,干燥温度和装载量对槟榔水分的影响;采用正交试验,通过加权评分值计算方法评价干果品质,优化热泵干燥工艺参数;测定储藏30 d后的干果进行理化和微生物指标;比较热泵干燥、蒸汽干燥和传统干燥槟榔的成本及品质。结果表明,新鲜槟榔经过沸水煮沸15 min,前12 h内干燥温度为50℃、12 h后干燥温度为65℃、装料量为3.5 t、烘房空气相对湿度为25%时,槟榔含水率为16.8%,好果率为96.0%,均匀度为91%,单位质量干果耗电量为0.92(k W·h)/kg,所干燥的槟榔干果综合评分为90.1分,呈橄榄黄或褐色。25℃储藏30 d无霉腐现象,检测结果显示含水率为17.8%,未检测出汞和苯并芘,铅和砷质量分数分别为0.02和0.1 mg/kg,致病菌未检出,大肠菌群数30 cfu/g,霉菌计数为30 cfu/g。经比较,热泵干燥槟榔比蒸汽干燥成本低11%,比传统土炉干燥成本低50%,零排放、无污染、操作智能化。研究结果为槟榔热泵干燥的标准化生产提供技术参考。     

通风改善发芽糙米微波连续干燥均匀性

为了提高发芽糙米微波干燥的均匀性,采用台架试验、计算模拟和理论分析相结合的研究方法,分析微波干燥机内料层上微波能分布规律,研究微波干燥时风速对发芽糙米干燥均匀性影响。结果表明:在波导馈口平行的微波干燥机上,馈口间存在耗损和反射,微波能利用率降低;在微波干燥过程中,通入室温空气带走发芽糙米蒸发出的水蒸气:风速低携带水蒸气能力弱,而风速高会导致气流分布不均匀,合适风速在0.5~1.0 m/s。在微波干燥时引入通风方式,可提高微波干燥均匀性,从干燥工艺方面解决因电场分布引起干燥均匀性差的问题。研究结果为微波干燥机的干燥腔结构设计和干燥工艺优化提供依据。     

干燥窑结构改进对风速流场均匀性的影响

针对顶风机型木材干燥窑内部风速流场分布不均匀问题,基于发明问题解决算法（Algorithm for Inventive-Problem Solving,ARIZ）对干燥窑从优化窑体结构、调整锯材间隙、改善导流方式3个方向进行分组改进设计,每组包含4个方案,共得到了12个几何方案模型;采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真对比分析不同模型的风速流场,利用逐项耦合迭代法确定了调整锯材间隙和增设导流板两个改进方向能够解决窑体内部风速流场分布不均匀问题;采用风速流场分布云图、检测点风速差值、平均速度、速度不均匀系数4项评价指标,对84个监测点风速数据进行数值计算和对比分析后迭代出将窑体结构的四角优化为曲面化设计,调整锯材间隙为上宽下窄的非等距形式,并在预留气道中增加三块平面导流板来改善导流方式的综合性改进设计方案为较优方案。该方案的风速差值为-0.058m/s更趋近于0,平均速度提升了15.60%,速度不均系数降低了72.70%;结果表明,采用ARIZ对干燥窑结构进行迭代改进设计的方法可有效解决窑体内部风速流场分布不均匀问题。     

换向通风横流式干燥机的研究及计算机辅助设计

横流式谷物干燥机有许多优点,是世界上设计较早、使用时间较长的干燥机型之一,但同时也存在着较大的不足。为了克服其不足,该文介绍了新研究发明的换向通风横流式干燥工艺及其机型的结构原理,并运用ＣＧＤＳＰ谷物干燥综合模拟程序进行了优化设计。     

电加热式干燥机热量回收温差发电装置设计与性能分析

干燥是很多行业生产流程中的必要环节。目前,干燥机加热箱、风道的主要材料为钢板,工作时热量散失多。传统方法是在钢板内层或外层铺设保温材料,这种方法存在只能延缓热量散失,无法回收热量的问题。针对该问题,该研究提出了通过温差电池（Thermoelectric Generator,TEG）回收干燥机热量的节能模式,设计研发了安装在干燥机上回收热量的温差发电系统。使用Fluent软件对安装TEG前后的干燥机进行温度场仿真,并结合实测结果评估安装TEG对干燥机运行的影响。进一步搭建干燥机温差发电试验平台,测试发电系统的参数特性,试验结果表明安装TEG对干燥机功效影响不明显。当加热功率3.0 kW,风速12 m/s时,对应的最优水流量为22.3 L/min,此时水泵消耗功率约6.4 W,系统输出功率31.8 W,净输出功率最高达到25.40 W,热电转换效率为3.90%,该研究为干燥节能技术提供了新思路。