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。     

披碱草种子的气流冲击式转筒干燥试验

为研究气流冲击式转筒干燥结构参数（喷管直径、喷嘴高度与喷管倾角）与工艺参数（风温、风速与转筒转速）变化对牧草种子干燥速率与发芽率的影响,该文将气流冲击式转筒干燥技术应用于披碱草种子干燥,并通过Design-Expert 7.0软件对试验进行优化设计,建立了试验条件范围内平均干燥速率的预测模型。试验结果表明：气流冲击式转筒干燥技术可较好的应用于披碱草种子的干燥,干燥后的披碱草种子达到了国家一级种子标准;在试验条件范围内,风温、风速、风温和分支喷管倾角交互作用、风速和转筒转速交互作用对平均干燥速率的影响显著,影响大小依次为：风温＞风速＞风速和转筒转速交互作用＞风温和分支喷管倾角交互作用;各因素及其交互作用对发芽率的影响不显著。该研究为气流冲击式转筒干燥技术应用于种子的干燥提供了技术依据。     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中热质传递特性的影响

为了揭示胡萝卜热风干燥过程中阶段降湿的促干机制,该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s条件下,研究了相对湿度(20%、30%、40%、50%)及第一阶段相对湿度50%保持不同时间(10、30、60、90 min),然后第二阶段相对湿度恒定为20%至干燥结束,干燥过程中对流传热系数、对流传质系数和物料表面微观孔隙结构的变化规律。研究结果表明:20%、30%、40%和50%相对湿度下,干燥初始时刻对流传热系数分别为42.9、64.7、135.1和178.9W/(m2·℃),提高相对湿度能够显著提高预热阶段的对流传热系数(P0.05),相对湿度越高,物料升温速率越快。物料吸收总热量、水分蒸发消耗热量占比均随着相对湿度的升高而逐渐降低;物料升温消耗热量占比随着相对湿度的升高而逐渐增大。相对湿度为20%时,对流传质系数为1.01×10-6～2.54×10-6m/s;相对湿度为50%时,对流传质系数为0.26×10-6～1.12×10-6 m/s;降低相对湿度,能够显著的提高对流传质系数。相对湿度50%保持30min后降为20%干燥条件下,当干燥时间大于1.5 h后,对流传质系数大于相对湿度50%分别保持10、60和90 min干燥条件下的对流传质系数,此条件下干燥时间也最短。相对湿度50%干燥条件下有利于保持胡萝卜表面的多孔结构,而相对湿度20%干燥条件下,胡萝卜表面因干燥速率过快而导致水分迁移孔道发生收缩堵塞的现象。阶段降湿提高胡萝卜干燥效率的机制在于:干燥升速阶段,高相对湿度提高了对流传热系数,使得物料迅速升至较高温度;且利于维持物料表面多孔结构,有助于内部水分的扩散迁移;干燥恒速和降速阶段,低相对湿度提高了对流传质系数。研究结果可为求解干燥过程中的对流传热系数和对流传质系数提供理论依据,揭示阶段降湿的促干机理,并为阶段降湿干燥方式在农产品的干燥加工应用提供技术支持。     

洞庭湖PM2.5重污染期水溶性离子污染特征和来源

于2017年9—12月在我国中部大气背景点洞庭湖采集PM2.5,分析水溶性离子成分,以研究其组成、分布特征及来源等。结果表明,采样期间洞庭湖PM2.5浓度平均值超过日均一级标准限值,主要成分是水溶性离子,其中NO3-、SO42-、NH4+在总离子浓度中分别占42.7%、27.4%、23.7%。NO3-、SO42-的摩尔浓度与NH4+拟合度较好,NH4+的量比酸性离子略占优势,说明NO3-和SO42-基本被NH4+中和。线性拟合表明NH4+与NO3-和SO42-主要以NH4NO3和NH4HSO4的形式存在。硫氧化率和氮氧化率说明SO42-和NO3-主要来自SO2和NOx的二次转化。二次转化受气象条件的影响;冬季比秋季更加有利二次转化,尤其是NO3-和NH4+的生成。后向轨迹气团分析发现,采样期间大气污染主要受中部地区和局地区域气团的影响,从山东半岛附近传输的气团对洞庭湖区域可能会产生海源的影响。本研究可为中部地区尤其是农业区域的大气污染成因和治理措施提供理论基础。     

倾斜料盘式气体射流冲击干燥机设计与试验

针对平板式气体射流冲击装置存在的装料量小、干燥不均匀、干燥结壳等问题,设计了一种倾斜料盘式气体射流冲击干燥机。该干燥机由倾斜料盘车、干燥室、热空气循环利用系统、干燥加湿和控制系统等组成,干燥过程中可根据不同物料的干燥特性,对料盘托架倾角、料盘距喷嘴间距、喷嘴排列间距等结构参数和干燥室内气流温度、湿度、风速等工艺参数在一定范围内进行调节。以哈密瓜片为试验物料进行了性能试验,满装载量相比传统射流冲击装置提高了1.7倍,而干燥时间缩短了11.1%,干燥机的处理能力相对于后者提高了3.65倍,单位能耗降低了67.9%,且干燥均匀系数达0.97,干燥后的成品色泽褐变及收缩程度更小。所设计干燥机提高了气体射流冲击干燥装置的装载量,确保了干燥过程的均匀性,改善了干后品质。     

果蔬真空-蒸汽脉动漂烫机的设计与试验

针对现有漂烫机漂烫时蒸汽和物料之间存在空气间层热阻,蒸汽不能迅速向物料传递热量而导致的漂烫不均匀、装载量小等问题,设计了一种真空-蒸汽脉动漂烫机。该漂烫机由抽真空系统、蒸汽系统、漂烫罐体以及自动控制系统构成,抽真空系统可以及时去除漂烫罐体内冷空气和漂烫之后的蒸汽。采用计算流体力学软件Fluent对漂烫罐体内气流流场进行模拟,结果显示增加扰流板和扰流孔后内部流场均匀,计算值和模拟值最大相对误差为5.2%。以漂烫百合为例进行了漂烫机的性能验证试验,结果表明:真空-蒸汽脉动漂烫均匀性良好,百合片在60℃热风干燥时间一致为11h,干后色泽无显著性差异。干燥时间随漂烫时间和循环次数的增加而先减小后增大,随真空度的增加而增大。当真空度为10kPa,真空时间为5s,漂烫时间为30s时,循环3次百合漂烫后的干燥时间最短,色泽变化较小。该研究解决了现有蒸汽漂烫机存在的漂烫不均匀、装载量小等问题,为其后续推广应用提供了参考。     

成熟度对冬枣真空脉动干燥动力学及产品品质的影响

为了揭示成熟度对果蔬干燥特性和品质的影响,以冬枣为试验材料,根据色泽和质构将原料分为白熟期I,半红期II和全红期III 3个成熟度,研究了成熟度对冬枣的理化性质、细胞超微结构、干燥动力学和干燥品质的影响。研究发现：随着成熟度的增加,红绿值a*、可溶性固形物、可滴定酸、总糖及还原糖含量不断增加,而亮度值L*、黄蓝值b*、维生素C含量和硬度不断下降。随着成熟度的增加,冬枣表皮细胞的中胶层逐渐溶解,细胞内容物降解,产生质壁分离现象。与成熟度I和II相比,成熟度III的果实干燥时间分别减少了20%和10%。与新鲜冬枣相比,经真空脉动干燥后的冬枣脆片脆度和褐变指数增加,而维生素C含量、复水能力和总糖、还原糖含量下降。对干燥后冬枣脆片的微观结构观察显示冬枣脆片呈现疏松多孔的结构,且随着成熟度的增加,表面孔隙直径不断增大、排列从有序向无序转变。结果表明,成熟度对冬枣理化性质、干燥动力学和干燥品质有显著（P<0.05）影响;干燥前对冬枣进行不同成熟度分级,综合干燥效率和品质,全红期果实更适于干燥加工。研究结果可为冬枣加工提供参考。     

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Weibull函数不同干燥方式下的茯苓干燥特性

为缩短干燥时间,克服茯苓块干燥后表面龟裂、易于破碎的缺陷,改善干燥品质;将自然晾晒、普通热风干燥、气体射流冲击干燥、真空脉动干燥4种技术应用于茯苓块的干燥,研究了茯苓的干燥特性;利用Weibull函数对其干燥曲线进行拟合并分析干燥过程,结合尺度参数、形状参数计算茯苓块的水分有效扩散系数、干燥活化能,并与Fick第二定律进行比较;测定了不同干燥条件下的破碎率、浸出物质量分数;并基于能耗、尺度参数、破碎率、浸出物质量分数对3种人工干燥方式进行了综合评价。结果表明:1)茯苓块在4种干燥方式下均表现为降速干燥,但普通热风干燥、真空脉动干燥前期存在升速段;2)Weibull函数能够准确拟合不同干燥方式下的干燥曲线;尺度参数随着温度、风速的增加而减小;形状参数与干燥方式有关,普通热风、真空干燥的形状参数值均大于1,气体射流干燥的形状参数值均小于1;3)基于Weibull函数计算水分有效扩散系数、干燥活化能,可克服Fick第二定律只适用于降速干燥的缺陷;估算的水分扩散系数范围为3.90×10-9~20.40×10-9 m2/s;干燥活化能为29.45~40.09kJ/mol,且不同干燥方式间的活化能存在差异;4)不同干燥方式下茯苓块破碎率存在显著性差异(p0.05);真空脉动与自然晾晒的破碎率均低于5.00%;试验参数范围内,气体射流的温度、风速与破碎率无相关关系,破碎率均值为62.68%;普通热风干燥方式下,破碎率随温度的升高而增大;5)真空脉动干燥方式下浸出物质量分数最高,为4.54%~4.75%;综合评价结果表明茯苓块的干燥宜采用真空脉动干燥技术。该研究探索了不同干燥技术下茯苓块的干燥特性和品质,为选择合适的干燥工艺提供了理论依据。