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干燥物系解析理论研究进展

农业工程学报 2024年第6期40卷 1-13页

作者：李长友华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 广东省工业机器人及机械自动化工程技术研究中心大旺526238

干燥是含湿物料与有限介质两个独立物系,在限定的工艺条件下,自发进行能量传递和转换的过程。它隶属热力学范畴,而又不同于一般的热力过程,在物系边界存在诸多错综复杂的随机因素交互作用,使得基于热力学熵参数无法对实际过程的能效进... 详细信息

干燥是含湿物料与有限介质两个独立物系,在限定的工艺条件下,自发进行能量传递和转换的过程。它隶属热力学范畴,而又不同于一般的热力过程,在物系边界存在诸多错综复杂的随机因素交互作用,使得基于热力学熵参数无法对实际过程的能效进行实时的定量评价。基于传递定律建立扩散模型,得不到传递系数严格意义的数学解,存在微积分结果偏离实际较远的情况;基于反应工程原理建立干燥动力学模型,存在指前因子,活化能,机理函数等待定的物理量,实际应用存在很大的局限性。如何从理论上完整地解析出实际过程,得到其分析解是热力学应用技术基础科学研究领域自古以来的重大理论难题。近十几年,笔者从非均相系热力学基础和干燥㶲分析入手,以干燥㶲传递和转换时的自由能消耗为统一尺度,以水分活度为一切干燥物系的共同属性,揭示了干燥物系固有特征函数及其理论解,丰富了热力学应用技术基础理论。该文从干燥物系解析理论发展的历史现状,阐释揭示物料干燥理论过程、评价工艺装备能效的解析理论与方法并指明其应用与发展的技术途径,为揭示物系传递机理、评价工艺装备系统能效、实现干燥过程自适应控制和制订科学的工艺能效评价标准提供参考。

关键词：干燥模型机理函数分析解水分结合能汽化潜热能效评价

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稻谷落入姿势对电阻式水分仪检测精度的影响

农机化研究 2024年第9期46卷 192-197页

作者：孟敏刚张雪峰李成杰李长友华南农业大学工程学院广州510642

电阻式水分检测仪是粮食烘干装备的重要部件,为了提高电阻式单粒粮食检测仪的检测精度,以产自广东省汕头市的自留种丝苗米为研究对象,研究不同含水率(10%w.b.,15%w.b.,20%w.b.,25%w.b.和30%w.b.)稻谷以不同姿势下落入辊轮电极时所测得... 详细信息

电阻式水分检测仪是粮食烘干装备的重要部件,为了提高电阻式单粒粮食检测仪的检测精度,以产自广东省汕头市的自留种丝苗米为研究对象,研究不同含水率(10%w.b.,15%w.b.,20%w.b.,25%w.b.和30%w.b.)稻谷以不同姿势下落入辊轮电极时所测得的电阻值的变化规律,并分析稻谷在落入辊轮电极间被碾压前的受力情况,揭示不同姿势下的稻谷电阻值的变化及变化原因。试验结果表明:电阻式单粒水分检测装置的检测精度会受到稻谷落入姿势的影响,直接表现为所获取的电阻值存在较大误差,进而影响水分检测装置的精度。此外,根据测算原理,引入峰值法及面积法的电阻式水分检测仪给出稻谷最适落入姿势,即峰值法要使得稻谷在λ=90°的姿势下落入辊轮电极,而面积法要使得稻谷在λ=0°的姿势下落入辊轮电极,以获得最佳的检测精度。

关键词：水分检测仪含水率电阻值姿势稻谷

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粮食干燥传递和转换特征及其理论表达

农业工程学报 2018年第19期34卷 1-8页

作者：李长友华南农业大学工程学院广州510642

干燥是不同物系间多场协同作用的复合系统,期间发生的?传递和转换特征尚未揭示,工程应用存在不同场间的耦合关系及其作用效果定量表达的理论空缺。为此,该文基于?分析法,解析粮食与干燥介质间的?传递和转换特征,给出热?、流动?,扩散?及... 详细信息

干燥是不同物系间多场协同作用的复合系统,期间发生的?传递和转换特征尚未揭示,工程应用存在不同场间的耦合关系及其作用效果定量表达的理论空缺。为此,该文基于?分析法,解析粮食与干燥介质间的?传递和转换特征,给出热?、流动?,扩散?及其?效率定量评价理论表达式,基于焓-含湿量状态参数图,分析干燥系统状态参数间的内在联系及相互制约关系。研究结果表明,干燥是热?、扩散?和流动?同时作用的结果,热?是水分汽化必须的有用能;扩散?源于粮食中多余的水分,扩散?效率取决于水蒸气的状态,在扩散过程中,温度场和压力场同时存在,温度梯度与水蒸汽压差方向相反时,强化?效率,一致时则弱化?效率;流动?维持了热?和扩散?传递所需的势差,没有流动?的存在和消耗,热?和湿?的传递则不能有效进行;在通风干燥系统中,含湿粮食和干燥介质是两种不同物系,两种物系之间存在的不平衡势是干燥?传递和转换的动力;干燥可以归结为含湿粮食趋向系统介质状态点的?传递和转换的过程;指出了?及?效率都是状态函数,在工程应用时,引入时间坐标,依据环境状态参数和粮食在特定系统中的状态变化特性,可以揭示出?流密度及其?效率变化特征,进而对其能量利用效果做出评价;通过系统的?理论表达及其?效率分析,可以清晰地呈现干燥系统最大?损部位及环节,为评价干燥系统能量利用水平提供了科学的依据,为干燥工艺系统优化指明了能量合理利用的技术途径。

关键词：粮食干燥效率 [火用] [火用]传递能效评价

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干燥物系的特征函数及其理论解

农业工程学报 2020年第12期36卷 286-295页

作者：李长友华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

干燥现象是物系对应外部约束条件的自发过程,是各种因素同时作用的结果。多种传递行为并存,得不到严格意义的传递系数的数学解。基于扩散动力学建立的干燥机理函数,又存在活化能、指前因子和过程指数难以定量等问题。如何获得干燥过程... 详细信息

干燥现象是物系对应外部约束条件的自发过程,是各种因素同时作用的结果。多种传递行为并存,得不到严格意义的传递系数的数学解。基于扩散动力学建立的干燥机理函数,又存在活化能、指前因子和过程指数难以定量等问题。如何获得干燥过程的理论解是长期以来干燥研究领域的重要命题。该研究以水分活度统一特征,以自由能传递和转换为统一尺度,建立干燥特征函数,说明基于物料的最大汽化速率、初始态水分活度、相平衡条件下的水分活度和介质的相对湿度,揭示实际物系状态变化规律和获得理论解的方法;给出自由含水比、干燥速率比和干燥速率随时间变化的数学解。该理论及方法不仅可以基于物系中的一个状态点,揭示出任意外部条件下的理论解,同时,按照水汽化、混合过程压力变化特征及其发生的位置,能够完整地解析出干燥过程物料内部的含水率偏差和水分活度分布;摆脱了基于单一行为描述的传递定率中的传递系数,对揭示物系传递机理,评价工艺系统能效,制定科学评价标准具有较高的理论价值,对指导工程实践具有重要的现实意义。

关键词：干燥自由能传热传质特征函数机理函数

退耕还林工程实施前后黄土高原地区粮食生产时空变化

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农业工程学报 2012年第12期28卷 1-6页

作者：李长友华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室广州510642

始于1999的退耕还林工程是中国政府针对西部生态脆弱区所实施的重大生态工程。工程的实施对当地粮食生产的影响及由此而产生的政策效果是值得研究的问题。该研究利用1996年、2003年和2007年黄土高原地区分县统计数据,对中国黄土高原生... 详细信息

始于1999的退耕还林工程是中国政府针对西部生态脆弱区所实施的重大生态工程。工程的实施对当地粮食生产的影响及由此而产生的政策效果是值得研究的问题。该研究利用1996年、2003年和2007年黄土高原地区分县统计数据,对中国黄土高原生态脆弱区1999年以来所实施的退耕还林工程对粮食生产能力的影响进行了分析。结果显示,从1996年到2003年,研究区粮食播种面积下降剧烈,之后有所回升,到2007年大部分县粮食播种面积下降的势头得以遏制;从1996年到2007年,研究区粮食总产量下降,粮食单产水平提高;研究区粮食单产水平远低于全国平均水平,人均粮食产量略低于全国平均水平,二者都表现出较大的年际波动性。粮食生产水平越低,其年际波动性越大。不稳定的粮食产量会强化农民的垦殖动力,不利于退耕工程实施成果的巩固。应根据各地的条件,有区别有节奏按适度规模循序渐进地推进退耕还林工程的实施,并在政策上对农民的生计进行引导和保障,以巩固退耕工程实施效果。

关键词：生态农业生产黄土高原退耕还林粮食生产时空变化

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稻谷干燥含水率在线检测装置设计与试验

农业机械学报 2008年第3期39卷 56-59页

作者：李长友华南农业大学工程学院

为了解决稻谷的形状、厚度、密度、温度波动以及内部水分分布不均等因素影响含水率测量的问题,实现单粒稻谷水分在线精确测量,研究了稻谷干燥水分在线检测技术及装置。利用多路复选测量方案与解析计算相结合的方法,解决了稻谷含水率测... 详细信息

为了解决稻谷的形状、厚度、密度、温度波动以及内部水分分布不均等因素影响含水率测量的问题,实现单粒稻谷水分在线精确测量,研究了稻谷干燥水分在线检测技术及装置。利用多路复选测量方案与解析计算相结合的方法,解决了稻谷含水率测量非线性问题。将动态过程中的转换电压时序曲线图峰高作为含水率在23.5%以下时的测量属性;当含水率在23.5%以上时,测量属性采用时序曲线峰面积。分别在夏季高温、高湿、大水分域和冬季低温、高粉尘作业条件下现场在线应用,验证了检测技术和装置的可靠性和实用性,在线检测误差在±0.5%范围内。

关键词：稻谷干燥含水率在线检测装置设计试验

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龙眼去核关键部件设计与试验

食品与机械 2022年第5期38卷 65-70页

作者：卿艳梅李长友华南农业大学工程学院广东广州510642

目的:解决龙眼机械去核果肉完整性差的问题,获取灯笼状果肉。方法:以广东“储良”龙眼鲜果为研究对象,设计了去核关键部件,搭建去核试验平台,采用顶杆去核和柔性垫圈定位的去核方法,选择影响去核效果的顶杆直径、橡胶垫圈孔径和顶杆速度... 详细信息

目的:解决龙眼机械去核果肉完整性差的问题,获取灯笼状果肉。方法:以广东“储良”龙眼鲜果为研究对象,设计了去核关键部件,搭建去核试验平台,采用顶杆去核和柔性垫圈定位的去核方法,选择影响去核效果的顶杆直径、橡胶垫圈孔径和顶杆速度3个主要因素,以去核成功率、去核损失率和果肉完整系数为评价指标,进行单因素和正交试验。结果:影响去核综合性能的因素顺序依次为橡胶垫圈孔径>顶杆直径>顶杆速度;顶杆直径为7 mm,橡胶垫圈孔径为14 mm,顶杆速度为400 mm/min为最佳去核效果。结论:以柔性垫圈定位的顶杆式去核方法和合适的去核作业参数实现机械去核获取龙眼灯笼状果肉是可行的。

关键词：龙眼去核顶杆式柔性垫圈

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稻谷热特性参数的试验测定

农业机械学报 2003年第4期34卷 76-78页

作者：杨洲罗锡文李长友华南农业大学工程学院

采用非稳态热流法测定不同含水率稻谷的热导率和热扩散系数 ,进而求出比热容。研究了稻谷热特性参数与含水率的关系 ,结果表明 ,热导率、热扩散系数和比热容与稻谷含水率呈良好的线性关系。

关键词：稻谷热特性参数试验测定含水率热导率热扩散系数比热容

基于深层干燥解析理论的粮食干燥自适应控制系统设计

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农业工程学报 2008年第4期24卷 142-146页

作者：李长友班华华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室广州510642

粮食干燥系统存在多种不确定因素,传统的靠检测出机粮水分,控制排粮速度或进风条件的做法,很难实现干燥过程的实时控制,为了能根据不同的进粮水分,自动调整干燥机的工作状况,从而提高干燥的效率和品质,在粮食深层干燥解析理论和高湿粮... 详细信息

粮食干燥系统存在多种不确定因素,传统的靠检测出机粮水分,控制排粮速度或进风条件的做法,很难实现干燥过程的实时控制,为了能根据不同的进粮水分,自动调整干燥机的工作状况,从而提高干燥的效率和品质,在粮食深层干燥解析理论和高湿粮食水分在线测量技术的基础上,研究开发了一套粮食干燥设备自适应控制系统,能够使设备在工作过程中,按照实时的进粮水分自动变更工作制度,确保实时的操作条件最优。通过生产应用验证,系统能够在10%～35%wb的含水率变化范围、-30℃～+40℃温度变化范围可靠地工作,控制的干燥机出粮含水率偏差≤±0.5%wb。形成了适宜于产业化推广应用的粮食集中干燥自适应控制系统。

关键词：连续干燥机进机粮水分出机粮水分自适应控制