山药微波热风耦合干燥特性及动力学模型

为探索山药微波热风耦合干燥特性,采用微波热风耦合干燥技术研究不同切片厚度、热风温度、热风速率 和微波功率密度对山药干燥特性及水分有效扩散系数的影响,并建立干燥动力学模型。结果表明：山药微波热风耦 合干燥过程按干基含水率的变化主要分为加速和降速两个阶段,无明显恒速阶段;山药的水分有效扩散系数范围 为0.879 1×10－6～8.245 8×10－6 m2/s,其值与切片厚度、热风温度和微波功率密度成正比,并随热风速率的增大先 减小后增大;与热风速率和热风温度相比,切片厚度和微波功率密度对水分有效扩散系数的影响更加显著。通过拟 合9 种常用干燥模型,表明Two-term exponential模型的R2平均值最大,χ2平均值和均方根误差平均值最小,分别为 0.998 0、0.000 2和0.014 7。相同实验条件下Two-term exponential模型的预测值与实验值拟合较好,表明该模型适合 预测山药微波热风耦合干燥过程的水分含量变化规律。本研究结果可为微波热风耦合干燥技术应用于山药及其他农 产品的干燥提供理论依据。     

基于多尺度的稻谷干燥热湿耦合传递的数值研究

为保证稻谷在储藏时的品质,收获后的稻谷通常需要干燥到一定水分后储藏,研究稻谷干燥过程的热湿传递规律具有重要意义。目前稻谷干燥过程中热湿传递的分析大多基于连续介质假说和局部热湿平衡原理而进行的,这种方法的局限性在于很难获得粮堆干燥过程中粮粒内部的热湿迁移规律。本文基于稻谷粮堆孔隙尺度和粮粒尺度,采用局部非平衡热湿传递模型,模拟分析了在对流干燥条件下稻谷单颗粒以及颗粒群的热湿传递规律。研究结果表明,本研究模拟值与文献中干燥实验数据相对误差(RE)小于6.50 %,平均相对偏差(MRD)小于4.00 %,得出该模型具有一定的准确性;与基于局部热湿平衡多孔介质热湿耦合研究方法所得的稻谷颗粒群温度和水分传递结果进行对比,本研究所建立的模型更能准确体现出谷物颗粒在通风干燥时内部的热湿迁移规律。本研究所开发的模型能预测不同尺度下稻谷颗粒的温度和水分分布。     

密闭圆筒仓内储粮自然对流及热湿耦合传递的研究

粮食作为吸湿性多孔介质,具有吸湿和解吸湿特性。一般粮食收获后,大部分时间在密闭非通风状态下自然存储。鉴于粮仓外气候条件的季节和昼夜变化,会使粮堆的温湿度发生周期变化,导致超出存储安全指数。该文将以仓储粮堆内局部热湿耦合传递过程作为研究对象,借助多物理场数值模拟软件(COMSOL)进行数值模拟,研究近似冬夏季工况下粮堆内温湿度的动态变化规律,充分考虑了仓储粮作为吸湿性多孔介质具有复杂的热源、湿源。     

粮食储藏环境中的多场耦合效应对粮食品质影响的研究进展

粮食安全是储粮的重中之重,在储藏过程中,粮食会受到储粮环境中物理场和生物场的影响,在这些场综合作用下,粮堆的结露和发热霉变、以及储粮害虫和储粮微生物的滋生严重危害粮食品质。多场耦合效应是近年来国内外对储粮生态系统研究的一个新理念,研究粮食储藏环境中的多场耦合效应可以解决目前粮食储藏过程中的智能化程度低、监测手段落后等问题。本文围绕温度场、湿度场和压力场单独作用对粮食品质的影响,储粮昆虫和储粮微生物的取食与繁殖对粮食品质的影响,以及物理场之间的耦合作用、生物场之间的耦合作用、物理场与生物场的耦合作用对粮食品质的影响展开综述,为开发优质粮食工程保质减损储粮技术的智能化监测和预警系统提供参考。     

物理场预处理对淀粉改性及其多尺度结构的影响研究进展

文章综述了超声波场、微波场以及电场等新型物理场在淀粉改性中的应用以及淀粉多尺度结构变化,并对改性淀粉的未来绿色安全生产的方向进行了展望.指出电子束辐射在淀粉干法改性中具有重要的应用潜力,探究辐射淀粉多尺度结构影响规律及其作用机制,有利于助推改性淀粉的绿色、智能制造.     

基于多物理场有限元法的热铆结构设计与优化

基于多物理场有限元分析方法对热铆结构进行了电-热-结构的耦合分析。首先研究了热铆结构的材料选型,发现金属压头采用黄铜比采用不锈钢,其表面温度高10℃左右;塑料护套采用PTFE比采用PA6,其表面温度低15℃左右。为此,考虑黄铜金属压头和PTFE塑料护套的组合,进一步进行了热铆结构的尺寸优化,优化后热铆结构成本大大下降,热效率大幅提高,并能满足强度要求。     

基于多场耦合理论的稻谷储藏品质变化规律及预测模型的研究

为了探讨稻谷在储藏期间的品质变化规律并建立品质变化的预测模型,本文在多场耦合理论的基础上,利用自主设计的温湿度控制的模拟仓储存稻谷120 d,研究其不同储藏时间的水分含量、脂肪酸值以及过氧化氢酶活动度等品质指标的变化,根据模拟仓内温湿度耦合的规律与稻谷储藏品质的相关指标变化之间的关系,建立了稻谷储藏品质变化预测模型。结果表明：在稻谷储藏期间,温湿度均出现了耦合的现象,在粮堆中形成了温湿气的强弱耦合区域,在储藏第60d时,模拟仓内均出现了上层粮堆呈现一个“U”型高温高湿聚合区。60d后停止对冷热壁的制冷和加热温湿度的场强效应减弱,粮堆内没有无强弱耦合区的出现。温度和湿度的耦合作用对稻谷的水分含量的影响显著。稻谷储藏120 d时高温湿耦合区域稻谷的脂肪酸值达到接近重度不宜存的状态。而低温湿耦合区域和中间区域稻谷的脂肪酸值差异不显著。温湿度是影响稻谷过氧化氢酶活动度的主要因素,温湿度过高导致其活力下降。在温湿度耦合效应下稻谷脂肪酸值（Y1）和过氧化氢酶活动度（Y2）与温湿度和稻谷水分相关关系的模型分别为：Y1= -6.758 + 0.320X1- 0.081X2- 0.026X3 + 0.020X4 + 1.501X5,Y2 = 119.952-0.901X1 + 0.313X2 + 0.061 X3 - 0.044X4 - 4.088X5（X1：粮堆温度;X2：粮堆湿度;X3：粮堆深度;X4：储藏时间;X5：水分含量）。研究结果对于丰富多场耦合理论,指导智能化粮食储藏具有重要的意义。     

高湿预处理对怀山药热风干燥特性及复水性的影响

怀山药片经高湿预处理后进行热风干燥,研究相对湿度、处理时间等因素对怀山药片热风干燥特性和复水特性的影响规律,进而获取最佳的怀山药切片热风干燥工艺参数。结果表明:与直接热风干燥处理相比,控制较高的相对湿度可显著缩短干燥时间,而且干燥产品的复水性也优于直接热风干燥处理;切片厚度为3 mm的物料在恒湿(相对湿度40%)条件下处理30min后,进行热风干燥处理(风温60℃、风速3.5m/s)时,干燥能耗最低(19 056kJ/kg·H_2O);该条件下得到的怀山药片的ΔE值和多糖含量分别为8.17、5.14%,而直接热风干燥怀山药片的分别为12.35、4.96%。     

Convective hot air drying of blanched yam slices

In this study, a laboratory convective hot air dryer was used for the thin layer drying of blanched yam slices and experimental moisture ratio was compared with Newton, Logarithmic, Henderson and Pabis, modified Henderson and Pabis, approximation of diffusion, modified page 1, two-term exponential, Verma et al. and Wang and Singh models. Among all the models, the approximation of diffusion model was found to satisfactorily describe the kinetics of air-drying of blanched yam slices. The increase in air temperature significantly reduced the drying time with no constant rate period but drying occurs in falling rate period. The effective diffusivity values varied between 7.62 × 10⁻⁸ to 9.06 × 10⁻⁸ m² s⁻¹ and increased with increase in temperature. An Arrhenius relation with an activation energy value of 8.831 kJ mol⁻¹ showed the effect of temperature on moisture diffusivity.     

番木瓜片热风微波耦合干燥条件及干燥模型建立

为研究番木瓜片采用热风微波耦合干燥的干燥特性和最优工艺组合,选用自制热风微波耦合干燥系统进行实验,得出热风微波耦合干燥曲线、干燥速率曲线及最优工艺组合,并建立干燥模型。结果表明:番木瓜片热风微波耦合干燥速率经历一个短暂的加速期后较长时间处于降速期;番木瓜片热风微波耦合干燥综合效果最优的组合为:热风温度60℃、微波功率密度5.5 W/g、热风风速0.5 m/s,其中微波功率密度对干燥综合效果的影响起主导作用;番木瓜片热风微波耦合干燥动力学模型可用Page方程描述,即M_R=exp(-0.0011T-0.0069P_D+0.073t(^{0.0015T2-0.1993T+7.9642});番木瓜片热风微波耦合干燥有效水分扩散系数介于2.533×10^-96.0792×10^-9m²/s之间,且有效水分扩散模型为:10^-10D_eff=0.507T+6.72P_D+10.1v-32。      

芒果切片热风干燥特性及模型

目的：为对芒果热风干燥过程进行预测与控制。方法：以新鲜金煌芒为试验材料,研究热风温度（60,65,70 ℃）和芒果切片厚度（0.8,1.0,1.2 cm）对芒果热风干燥曲线、干燥特性曲线、水分有效扩散系数等的影响,并选取常用的适用于果蔬的6种干燥模型进行拟合、分析及验证,选出最适合芒果热风干燥的模型。结果：随温度的升高,切片厚度的减小,加快了芒果片的干燥速率,所需的干燥时间越短。水分有效扩散系数随温度和厚度的增大而增大,为1.401 39×10^-10～3.655 46×10^-10 m²/s。Logarithmic模型的R²最大、X²和RMSE最小,分别为0.998 87,0.000 124 779,0.001 37。结论：Logarithmic模型预测值与试验值验证基本吻合,可以较好反映芒果片在干燥过程中水分含量的变化规律。     

无核白葡萄箱式热风干燥特性及干燥模型研究

分析热风温度(30~45℃)、热风风速(0.5~2 m/s)等因素对无核白葡萄干燥特性的影响,计算不同条件下水分有效扩散系数(Deff)及干燥活化能(Ea),再采用4种薄层干燥模型对不同试验条件进行非线性拟合,并比较不同条件的R~2、RMSE和χ~2值。结果表明:在干燥过程中,随着干燥温度及风速的升高,Deff也随之升高,利用阿伦尼乌斯公式计算出无核白葡萄的干燥活化能为22.95kJ/mol。通过4种模型的R~2、RMSE和χ~2值比较,Parabolic模型的拟合结果最好,最能描述葡萄干燥过程中水分比的变化规律,可为无核白葡萄干燥生产提供理论依据。     

白萝卜薄层热风干燥特性及其数学模型

以新鲜白萝卜为原料,研究在不同的热风温度、热风风速和切片厚度条件下,白萝卜的热风干燥特性。通过试验数据拟合,比较7种数学模型在白萝卜热风干燥过程中的适用性。结果表明:白萝卜热风干燥以降速过程为主,无明显的恒速阶段。干燥温度、切片厚度对白萝卜的干燥速率影响较大,风速影响较小。干燥温度越高、切片厚度越薄、风速越快,干燥用时越短。通过比较各模型的相关系数(R~2)、卡方值(χ~2)和均方根误差(RMSE),结果显示Page模型的拟合效果最好,该模型的R~2为0.997 6、χ~2为2.615×10~(-4)、RMSE为0.014 6。且用模型外的试验数据进行验证,也表现出较好的拟合度。白萝卜的有效水分扩散系数(Deff)为7.560×10~(-10)~2.130×10~(-9),随着干燥温度、风速和切片厚度的增加而增大。白萝卜的干燥活化能为26.34kJ/mol。此外,还对白萝卜片干燥前后的色差进行了测定和分析,结果表明:在50~80℃时,随着温度的增加,干燥成品的L~*值逐渐降低,而b~*、a~*以及总色差ΔE~*值呈升高的趋势。     

干切牛肉升华干燥系数及升华预测模型拓展研究

采用单因素试验法,研究升华干燥系数同预冻方式、预冻终温、加热温度、物料厚度、干燥室压强之间的关系。以游离水升华完全为前提,在慢速预冻、预冻终温-30℃、加热温度80℃的条件下,分别测定不同厚度和压强时物料的升华干燥系数,试验结果用软件Origin 9.0非线性曲面拟合得出升华干燥系数模型,并用VB语言建立升华干燥系数查询数据库,以拓展已建立的关于干切牛肉冷冻干燥高速率升华过程中制品含水率、物料中心温度和升华所需物料表面温度的动态预测模型的适用性。验证实验表明:拓展后的预测模型物料中心温度预测值和实测值绝对误差5℃,含水率预测值和实测值相对误差在10%以内,预测模型拓展后可用于预测干燥室压强20~120Pa,物料厚度6~30mm的干切牛肉在冷冻升华干燥过程中物料的中心温度和含水率。     

通风过程中进风相对湿度对仓储粮堆温度和水分的影响研究

温度和水分含量是两个重要的物理变量,在研究谷物储存时品质变化起到很大作用。通风用于冷却粮堆并保持温度恒定,以防止水分迁移。良好的通风条件对粮仓内存储安全有显著影响。目前,通风空气相对湿度对粮堆水分影响的研究相对较少。采用数值模拟和实验研究相结合的方式,探索和比较因不同进风相对湿度而引起的通风过程中仓储的小麦温度和水分变化规律。结果表明:进风相对湿度较低时冷却干燥效率更高,小麦粮堆降温更快速,并将昆虫和霉菌的活动保持在较低水平。     

油莎豆热风干燥特性及数学模型研究

以新鲜油莎豆为原料,研究风温和风速对油莎豆热风干燥特性的影响,计算干燥过程中有效扩散系数与活化能,并选取8种干燥动力学模型进行拟合分析。实验结果表明：热风温度越高,干燥速率越快,干燥时间越短;风速对干燥速率影响较小。本试验干燥过程主要发生在降速阶段,油莎豆有效水分扩散系数2.2856×10^-10～7.8112×10^-10,平均活化能为35.31kJ/mol,Two-term模型可以很好的反映油莎豆热风干燥过程,实验值与预测值吻合度较高,拟合效果良好。     

乐昌香芋热风干燥动力学及模型拟合

研究乐昌香芋在不同热风温度(50、60、70、80、90℃),不同热速率(1.5、2.0、2.5、3.0 m/s),不同切片厚度(2、3、4、5 mm)下干燥曲线和干燥速率曲线。利用干燥经验模型Logarithmic、Twoterm、Modified page、Henderson and Pabis、WeibullⅠ对干燥过程水分比与干燥时间关系进行模型拟合,以决定系数、残差平方和与加权卡方检验系数判断拟合结果优劣。结果表明,水分比随时间逐渐减少,变化逐渐变缓。香芋干燥过程以降速干燥为主,热风温度70℃时干燥速率最快,干燥时间最短;热风速率2.0m/s时干燥速率较快,有利于节能降耗;切片厚度3mm时干燥速率较快,干燥时间较短。WeibullⅠ模型能很好地描述香芋热风干燥过程,拟合的决定系数均大于0.9979,残差平方和均小于0.00288,加权卡方检验系数均小于1.69×10–4。