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基于控温控湿的沙棘红外联合热风干燥均匀性与工艺

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农业工程学报 2024年第6期40卷 120-133页

作者：耿智化李孟卿朱丽春于贤龙胡斌张茜王军扬杨旭海石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 山东省农业机械科学研究院济南250100 新疆一七零团丝路沙棘生物科技有限公司塔城834612 现代农业机械兵团重点实验室石河子832003

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... 详细信息

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%介质湿度不同持续时间下,40 min得到的沙棘亮度值、复水比、Vc保留率和总黄酮含量最高,综合评分最高。该研究明确了控温控湿沙棘红外联合热风干燥最优工艺,对提升沙棘产地初加工机械化水平,促进沙棘产业健康持续发展具有重要意义。

关键词：能耗干燥控温控湿沙棘均匀性品质特性

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玉米干燥技术与装备研究进展

农业装备与车辆工程 2024年

作者：孙庆运韩梦龙贾振超徐同成于贤龙崔相全张宗超 1.山东省农业机械科学研究院 2.农业农村部黄淮海现代农业装备重点实验室 3.山东省农业科学院作物研究所山东省农业机械科学研究院农业农村部黄淮海现代农业装备重点实验室山东省农业科学院作物研究所

保质干燥是玉米收获后的关键作业环节，对国家粮食安全、减损增收至关重要。详细阐述了玉米自然干燥、就仓干燥、热风干燥以及红外干燥等干燥技术的原理和特点，进一步分析了玉米干燥装备的类型、结构和工作原理，并介绍了玉米果穗囤藏... 详细信息

保质干燥是玉米收获后的关键作业环节，对国家粮食安全、减损增收至关重要。详细阐述了玉米自然干燥、就仓干燥、热风干燥以及红外干燥等干燥技术的原理和特点，进一步分析了玉米干燥装备的类型、结构和工作原理，并介绍了玉米果穗囤藏、高水分籽粒就仓干储与高温连续干燥等场景下的应用；基于现有干燥技术，提出了玉米不落地干燥作业工艺。总结了玉米干燥作业过程中存在的品质损失大、能耗高、效率低以及智能化水平低等问题，并给出了解决途径，未来研究方向将集中于玉米低温就仓干燥技术、移动式快速干燥技术、高效低碳保质干燥技术以及智能化控制技术等，为玉米保质干燥作业以及干燥装备的研发提供了参考。

关键词：玉米干燥技术装备干燥工艺不落地干燥作业

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中水分迁移和蒸发的影响

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农业工程学报 2023年第1期39卷 232-240页

作者：巨浩羽邹燕子肖红伟张卫鹏于贤龙高振江河北经贸大学生物科学与工程学院石家庄050061 中国农业大学工学院北京100083 北京工商大学人工智能学院北京100048 山东省农业机械科学研究院济南250100

为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响,以及物料表面结壳的成因,该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s时,研究了恒定相对湿度(relative humidity,RH)(20%、30%、40%和50%)、第一阶RH 50%保持不同时间(10... 详细信息

为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响,以及物料表面结壳的成因,该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s时,研究了恒定相对湿度(relative humidity,RH)(20%、30%、40%和50%)、第一阶RH 50%保持不同时间(10、30、60和90 min)而后降为20%,以及基于物料温度自动控制相对湿度干燥条件下的内部水分迁移量(D)、表面水分蒸发量(E)、表面水分累积量(Q)、物料微观结构和复水率。结果表明,恒定RH干燥条件下,D随干燥时间逐渐增大而后趋于稳定,E随干燥时间逐渐增大而后降低。RH越高,物料升温速率越快,D越大;RH越低,E越大。RH为20%、30%和40%时,Q=0的时间分别为1.11、1.36和1.70h,并在此时刻之后物料表面出现明显结壳现象,且RH越大,出现结壳时机越晚;RH为50%时未出现Q0时,干燥速率与Q值变化趋势一致;Q<0时,对应干燥速率减小。RH为50%保持30 min后降为20%时,Q=0的时间为1.39 h,相对于RH 20%的干燥条件能够提高物料温度和内部水分迁移速率,延迟结壳发生的时机,干燥时间缩短了18.5%。自动控湿干燥条件下,Q在0~0.25 h内迅速增大,对应干燥速率迅速升高。在0.25~0.50 h内逐渐下降,在0.78~2.00 h内,Q值共出现3个零点,且在Q=0处上下波动。此RH调控方式使得内部迁移至表面的水分会及时蒸发,并未在表面产生积累,对应物料温度呈现出阶梯上升的变化趋势,延缓了结壳出现时间,保留了较多的水分迁移孔道,干燥时间最短,为6.1 h,复水比最高为(4.39±0.07)g/g,收缩率最低为28.55%±1.71%,为最优的阶段降湿干燥方式。研究结果对于分析水分的内部迁移和表面蒸发过程,表面结壳的成因及优化调控相对湿度控制方式提供了理论依据和技术支持。

关键词：干燥相对湿度内部水分迁移表面水分蒸发水分累积量结壳

立式机械冲击式超微粉碎机分级结构的改进设计

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农业工程学报 2023年第12期39卷 245-253页

作者：武文璇于贤龙张宗超李青孙庆运赵峰贾振超山东省农业机械科学研究院济南250100

针对当前结构立式机械冲击式超微粉碎机加工的成品物料存在粒度分布较宽且有大颗粒夹带的问题,为了提高其立式分级结构分级性能,对分级室内导流罩轴向位置变化、分级叶轮轴向尺寸变化对分级性能的影响进行研究,该研究在现有分级室结构... 详细信息

针对当前结构立式机械冲击式超微粉碎机加工的成品物料存在粒度分布较宽且有大颗粒夹带的问题,为了提高其立式分级结构分级性能,对分级室内导流罩轴向位置变化、分级叶轮轴向尺寸变化对分级性能的影响进行研究,该研究在现有分级室结构基础上提出了两种改进结构,改进结构一:导流罩上沿与上端盖贴合,阻断导流罩与上端盖间物料流通路径,分级轮轴向尺寸不变;改进结构二:导流罩位置不变,分级轮叶片高度加高,加高后分级轮叶片上沿距离出料口底端部3 mm。对改进前后结构进行分级性能试验,利用CFD软件,采用气-固两相流的数值模拟方法对分级室内流场进行数值模拟,分析不同结构下流场变化规律来解释试验结果。结果表明:相比改进前,两种改进结构都有效避免了大颗粒进入成品物料,从分级粒径、分级效率及分级精度指数3个指标对比得出改进结构二分级效率及分级精度均优于另外两种结构,改进结构一分级得到的产品更细,但分级效率低。该研究结果可为CWFJ型立式机械超微粉碎机分级室流场研究和结构优化提供方法和理论依据。

关键词：超微粉碎数值模拟分级过程气/固两相流

恒温下相对湿度对果蔬热风干燥特性和品质的影响及调控

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农业工程学报 2023年

作者：巨浩羽张卫鹏于贤龙王庆惠高振江肖红伟河北经贸大学生物科学与工程学院北京工商大学人工智能学院新疆农业科学院农业机械化研究所山东省农业机械科学研究院中国农业大学工学院

相对湿度作为干燥介质的重要参数，对干燥热质传质过程和干燥品质具有显著影响。但由于相对湿度对干燥过程的影响机理及优化调控机制尚不明确，导致相对湿度的调控方式多依靠经验，造成干燥效率低、品质差、能耗高等问题。对于传质过程... 详细信息

相对湿度作为干燥介质的重要参数，对干燥热质传质过程和干燥品质具有显著影响。但由于相对湿度对干燥过程的影响机理及优化调控机制尚不明确，导致相对湿度的调控方式多依靠经验，造成干燥效率低、品质差、能耗高等问题。对于传质过程，降低相对湿度能够增大对流传质系数，加快物料表面水分蒸发；而对于传热过程，升高相对湿度能够增大对流传热系数，加快物料升温速率。相对湿度较高时，物料升温速率快，内部水分迁移量增大，但表面水分蒸发量较小；而当相对湿度较低时，物料升温速率较慢，内部水分迁移量较小，但表面水分蒸发量较大。相对传热和传质过程的影响此消彼长，互相耦合。高相对湿度主要体现为对传热过程的影响，低相对湿度主要体现为对传质过程的影响。高相对湿度能够抑制物料表面的结壳，并能够提高复水性，降低收缩率。阶段降湿及多阶段降湿干燥方式下物料表面形成和保持了蜂窝状多孔结构，能够提高干燥效率和品质。基于监测物料温度的相对湿度调控方式被验证为较忧的相对湿度控制方式。阶段降湿干燥方式适用性的实质为：干燥过程中所体现出的对流传热热阻和内部导热热阻的相对大小，及对流传质阻力和内部传质阻力的相对大小，不同干燥条件和物料种类、厚度会影响以上传热传质阻力的大小，从而呈现出不同适应性的结果。当阶段降湿干燥过程中传热毕渥数>1且传热毕渥数>0.1时，说明阶段降湿干燥过程适用于此物料的干燥。该文综合论述了相对湿度对果蔬热风干燥过程中热质传递及干燥品质的影响，优化调控策略及适用性范围4个方面内容，明确了果蔬热风干燥过程中相对湿度的影响机理，为相对湿度的优化调控提供理论依据和技术支持。

关键词：干燥相对湿度传热过程传质过程调控策略适用性

基于控温控湿的沙棘红外联合热风干燥均匀性与工艺研究

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农业工程学报 2023年

作者：耿智化李孟卿朱丽春于贤龙胡斌张茜王军扬杨旭海新疆一七零团丝路沙棘生物科技有限公司山东省农业机械科学研究院现代农业机械兵团重点实验室农业农村部西北农业装备重点实验室石河子大学机械电气工程学院

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... 详细信息

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Vc保留率和总黄酮含量，综合评分最高。40%介质湿度不同持续时间下，40 min得到的沙棘亮度值、复水比、Vc保留率和总黄酮含量最高，综合评分最高。该研究明确了控温控湿沙棘红外联合热风干燥最优工艺，对提升沙棘产地初加工机械化水平，促进沙棘产业健康持续发展具有重要意义。

关键词：红外联合热风干燥控温控湿沙棘均匀性干燥特性

基于介质湿度控制的苹果片红外漂烫传热模拟与试验

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农业工程学报 2022年第11期38卷 326-334页

作者：于贤龙张宗超赵峰贾振超孙庆运肖红伟张卫鹏王鹏飞山东省农业机械科学研究院济南250100 中国农业大学工学院北京100083 北京工商大学人工智能学院北京100048 山东省葡萄研究院济南250199

为了揭示空气介质对苹果片红外漂烫的传热作用机制以及对膨化干制的影响,该研究将介质湿度控制技术用于苹果片红外漂烫预处理中,利用数值模拟方法并结合苹果漂烫干燥试验,解析不同介质湿度下苹果片红外漂烫的传热传质规律,探究基于介质... 详细信息

为了揭示空气介质对苹果片红外漂烫的传热作用机制以及对膨化干制的影响,该研究将介质湿度控制技术用于苹果片红外漂烫预处理中,利用数值模拟方法并结合苹果漂烫干燥试验,解析不同介质湿度下苹果片红外漂烫的传热传质规律,探究基于介质湿度控制的红外漂烫预处理对干燥效率和膨化干燥后产品色泽的影响。研究结果表明,基于红外辐射与对流传热原理的数学模型,并考虑物料水分蒸发与蒸汽冷凝能够较好描述红外漂烫的传热传质过程。物料含水率与温度模拟结果的相对误差为0.54%和0.39%。在恒定120℃红外加热温度下,介质相对湿度对苹果片红外漂烫的热质传递、漂烫后干燥效率与产品色泽均具有明显的影响。在低湿的状态下(1%相对湿度)进行红外漂烫,物料表面水分快速向空气介质中蒸发扩散,伴随的水分蒸发耗热量占物料吸热总量的40%,致使物料升温缓慢。将介质湿度提高至50%相对湿度能够抑制苹果片表面的水分蒸发,同时介质中水蒸气冷凝放热能够大幅提高漂烫初期的物料升温速度,漂烫120 s后物料中心温度迅速提高至86.8℃。因此,提高红外漂烫的介质湿度能显著提高漂烫后苹果片干燥速率与产品色泽。与1%相对湿度相比,在120℃、50%相对湿度下红外漂烫后苹果片的预干燥时间缩短了8.3%,苹果片干燥的色差值与褐变指数分别降低了55.6%和37.4%,护色效果优于热水漂烫。研究结果为苹果片等果蔬高质高效干燥的红外漂烫预处理工艺开发提供了新思路。

关键词：干燥数值模拟相对湿度红外漂烫苹果脆片膨化干燥

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闭式热泵干燥介质温湿度演化及对能耗的影响

食品与机械 2023年第2期39卷 94-98,181页

作者：于贤龙贾振超慈文亮张宗超赵峰山东省农业机械科学研究院山东济南250100 农业农村部黄淮海现代农业装备重点实验室山东济南250100

目的:解析闭式热泵干燥过程中物料脱水、干燥介质温湿度与耗能间的交互作用。方法:在60℃、10%RH的控制参数下,通过试验确定物料脱水特性、干燥介质温湿度演化及系统组件耗能。结果:干燥前期物料脱水速率较快,干燥1.5 h后物料脱除了整... 详细信息

目的:解析闭式热泵干燥过程中物料脱水、干燥介质温湿度与耗能间的交互作用。方法:在60℃、10%RH的控制参数下,通过试验确定物料脱水特性、干燥介质温湿度演化及系统组件耗能。结果:干燥前期物料脱水速率较快,干燥1.5 h后物料脱除了整个干燥过程96%的水分;该阶段空气介质的相对湿度维持在24%以上,水分经蒸发器表面快速冷凝并排出,除湿能耗比最高可达1.03 kg/kW;热泵机组是干燥过程的主要耗能部件,其功耗随干燥介质温度的升高而升高;受干燥介质相对湿度降低和外部循环排热的影响,除湿能耗比在干燥后期迅速下降,在2 h后仅为0.004 kg/kW。结论:热泵干燥的能量利用与介质温湿度有密切关系,在物料含水率较高时干燥具有高除湿能耗比,而在干燥后期会随介质相对湿度值迅速下降;恒定的温湿度控制方法不利于闭式热泵系统在干燥后期的节能。

关键词：闭式热泵除湿干燥介质温湿度除湿能耗比

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红外辐射食品热处理机制及应用研究进展

食品与机械 2022年第4期38卷 213-219页

作者：于贤龙褚斌肖红伟张卫鹏赵峰张宗超山东省农业机械科学研究院山东济南250100 中国农业大学工学院北京100083 北京工商大学人工智能学院北京100048

研究论述了食品红外辐射加热理论的发展,综述了红外辐射加热在食品加工应用方面的最新研究进展,解析了红外辐射加热对食品品质的影响规律,并总结阐述了基于红外辐射加热的食品加工原理与工艺优化方法,包括杀菌、解冻、漂烫、烘焙、脱皮... 详细信息

研究论述了食品红外辐射加热理论的发展,综述了红外辐射加热在食品加工应用方面的最新研究进展,解析了红外辐射加热对食品品质的影响规律,并总结阐述了基于红外辐射加热的食品加工原理与工艺优化方法,包括杀菌、解冻、漂烫、烘焙、脱皮以及干燥过程。

关键词：红外辐射食品热处理加工工艺优化策略