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。     

5HC-1型牧草保质干燥机的设计与试验

结合紫花苜蓿常压热风干燥试验研究,采用自行设计的钢丝带水平输送式结构,与混流、余热回收加热、气流翻铺等先进的干燥工艺对苜蓿及其他牧草进行加工处理。在多次试验的基础上,对5HC-1型牧草保质干燥机的工艺流程、主要结构及技术性能参数进行分析研究,研制出了适用于农场、牧场及畜牧小区的牧草干燥机型。性能测试与生产实践证明,经该机烘后的牧草品质好,生产效率高,成本低,通用性好,能够促进集约化畜牧业的快速发展。     

气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNGk-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的;平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160mm且第一块平板较喷管轴线高14mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

Numerical simulation and optimum design on airflow distribution chamber of air-impingement jet dryer

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNG k-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的; 平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160 mm且第一块平板较喷管轴线高14 mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

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。     

红外联合气体射流冲击方法缩短哈密瓜片的干燥时间

为了缩短哈密瓜片干制时间,应用中短波红外联合气体射流冲击方法干燥哈密瓜片,研究了干燥温度(50、55、60、65、70、75和80℃)、辐射距离(80、120和160 mm)和切片厚度(3、5、7、9和11 mm)对哈密瓜片干燥动力学、水分有效扩散系数、干燥活化能的影响。试验结果表明:与其他干燥技术相比,中短波红外联合气体射流冲击干燥哈密瓜片的干燥时间大幅缩短,约为2~3.5 h;哈密瓜片整个干燥过程属于降速干燥,通过费克第二定律求出了干燥过程中水分有效扩散系数在10.65×10-10~33.76×10-10m2/s和8.06×10-10~39.97×10-10m2/s的范围内分别随着干燥温度和切片厚度的增大而增大;通过阿尼乌斯公式计算出了干燥活化能为7.788 kJ/mol,表明中短波红外联合气体射流冲击干燥哈密瓜片时,启动干燥所需能量较低,水分脱除较为容易;哈密瓜片表面温度的动力曲线表明,中短波红外联合气体射流冲击干燥中能量直接与水分耦合,使物料在中前期干燥过程中温度迅速上升,加速了干燥进程。该研究为哈密瓜片中短波红外联合气体射流冲击干燥技术的应用提供了理论依据和技术支持。     

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...     

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。     

高水分稻谷分程干燥工艺及效果

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需求较大和粮食干燥机的保有量较少、干燥机的使用效率受气候条件影响的技术现状,将收获的稻谷分为较高水分干燥过程和较低水分干燥过程。当稻谷含水率高于18%时,采用56～85℃的干燥介质,降水速率为0.90～2.94%/h;当稻谷含水率小于等于18%时,采用50～58℃的干燥介质,降水速率为0.49～0.93%/h。在2次干燥过程之间,采用通风仓暂存。现场试验表明,与恒温干燥工艺相比较,分程干燥工艺在保证稻谷烘后品质的条件下,可缩短干燥时间约12.8h,平均降水速率提高0.7%/h,一个收获期内可使干燥机处理量增加225%,提高干燥机的使用效率152%,且总干燥成本降低5%,有助于又好又快地进行高水分稻谷的干燥。     

三种干燥技术对红枣脆片干燥特性和品质的影响

为了解决传统油炸红枣脆片含油率高、维生素C损失严重及褐变等问题,探索红枣脆片新的加工方法,该文以新鲜脆熟期红枣为原料,利用气体射流冲击、中短波红外、真空脉动3种干燥技术进行非油炸红枣脆片的生产加工,对比了3种干燥方式对红枣脆片的干燥特性、色泽、维生素C保留率、复水性能、质地以及微观结构的影响。结果表明：1）红枣脆片在3种干燥方式下均表现为降速干燥,其中气体射流冲击干燥时间最短,为105 min,气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式的水分有效扩散系数分别为1.55×10-9、1.03×10-9、0.89×10-9 m2/s;2）干燥方式对枣片色泽具有显著性影响（P<0.05）,真空脉动干燥所得枣片与新鲜枣片色泽最为接近;3）气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式干燥后红枣脆片的维生素C保留率分别为51.5%、49.0%、66.6%,真空脉动干燥所得枣片维生素C含量保存率明显高于其他两种干燥方式（P<0.05）;4）气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式加工的红枣脆片脆度分别为8.64、8.77、11.38 N,真空脉动干燥方式所得枣片最为酥脆;5）扫描电镜观测表明3种干燥方式均能得到疏松多孔的组织结构,真空脉动干燥所得枣片比气体射流和中短波红外干燥所得枣片组织结构更为疏松。从干燥时间来看气体射流冲击干燥耗时最短,但3种干燥方式所得红枣脆片色泽、维生素C保留率、复水性能和质地均以真空脉动干燥最优。该研究为低含油率和高品质红枣脆片的加工工艺选择提供了一定的理论依据。     

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。     

5HCCX-1.6型多单元带式干燥机干燥过程的计算机模拟

多单元带式干燥机干燥过程的计算机模拟研究，有利于优化其干燥工艺参数，提高干燥效率，减少能耗,保证物料的干燥品质。该文利用面向对象的高级程序语言Visual C++建立了玉米多单元带式干燥的深床干燥数学模拟程序，并编制人机交互界面，预测干燥设备内的物料和干燥介质状态参数。同时用Matlab软件对数据进行处理，分析了热风温度、相对湿度以及风速等干燥工艺参数对干燥过程的影响，结果表明热风温度对干燥速率影响最大，其次是风速，热风相对湿度影响最小。为验证模型的准确性，选用5HCCX-1.6型多单元带式干燥设备进行试验研究，结果表明该模拟程序能较好的预测该类干燥设备的干燥过程，并对实际生产有一定的指导作用。     

气体射流冲击干燥含水率在线监控系统设计

针对气体射流冲击干燥过程中自动称量受风速、设备运行振动、干燥温度等因素影响的问题,设计了新型干燥设备监控系统,实现了干燥过程中物料质量及含水率的自动获取、即时查看及数据显示和存储。系统通过"停机-稳定-称量-启动"自动称量流程及分温度段分载荷区间线性化校准等方案,有效保证了自动称量精度,通过将从机控制器的运行状态纳入到系统运行逻辑判断中,保证了系统长期运行的可靠性和安全性。系统称量量程0~2 000 g,最小分度值1 g。试验表明:自动称量系统相对误差小于0.7%,含水率(湿基)分析误差在±0.9%范围内,满足了干燥过程中在线物料质量及含水率监测需要。该系统为多种物料的干燥进程判断及产品质量保证提供了自动化监控平台。     

恒温及变温气体射流冲击干燥对猕猴桃片干燥特性及品质的影响

为了提高猕猴桃片的干燥品质,缩短干燥时间及降低能耗,本试验以猕猴桃为原料,采用气体射流冲击干燥技术对猕猴桃片进行干燥,研究恒温和变温对猕猴桃片干燥特性及品质指标的影响。结果表明,猕猴桃片恒温及变温气体射流冲击干燥均属于降速干燥;风温对猕猴桃片的气体射流冲击干燥特性有影响;变温干燥条件下含糖量与恒温40℃时无显著差异,可滴定酸含量与恒温70℃时无显著差异;70→40℃变温干燥的猕猴桃片回复性和维生素(Vc)保存率最高,色差(ΔE)值介于50℃恒温干燥和70℃恒温干燥组之间;70→40℃变温干燥方式的单位能耗显著低于40→70℃变温干燥组。70→40℃变温干燥方式加工的猕猴桃片综合品质最佳,本研究为变温气体射流冲击干燥技术应用于猕猴桃片的干燥提供了技术支持。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。     

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗，研究了空气源热泵干燥能耗特性，采用多元线性回归模型（multivariate linear regression model, MLRM）和BP神经网络（back propagation neural network, BPNN）模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上，提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入，能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测，MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739，对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931；BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高，为0.828，使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高，为0.942，拟合效果优于其他机器学习模型，能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验，结果表明：试验总能耗为15.066 kW·h，MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h，预测精度分别为96.08%、99.23%；试验结束含水率为8.541%，MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%，预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段，对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。     

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。     

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。     

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。