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大豆结露过程中湿热传递规律研究

中国粮油学报 2021年第9期36卷 145-150页

作者：张瑞迪王若兰黄亚伟胡志荟耿宪洲李浩杰盛强曹志帅河南工业大学粮油食品学院郑州450001 中储粮成都储藏研究院有限公司成都610031

为研究粮堆结露过程中水分迁移特点及温湿度场变化规律,将含水量12%的东北大豆放入温差15℃(冷热源分别为15、30℃)的模拟仓中储藏24 d,分析大豆粮堆不同部位水分变化、粮堆温湿度场分布及结露部位温湿度变化,揭示了大豆粮堆结露过程中... 详细信息

为研究粮堆结露过程中水分迁移特点及温湿度场变化规律,将含水量12%的东北大豆放入温差15℃(冷热源分别为15、30℃)的模拟仓中储藏24 d,分析大豆粮堆不同部位水分变化、粮堆温湿度场分布及结露部位温湿度变化,揭示了大豆粮堆结露过程中温湿度变化规律、水分迁移特点。结果表明,大豆粮堆在模拟仓冷热壁温度作用下产生了温差,由此形成的微气流带动水分子迁移,聚集于低温部位,致使大豆在近冷壁面上层结露;结露部位的粮食温度下降,最后趋于稳定,平衡温度在20.6℃左右,相对湿度先降低后升高,存在一个相对湿度最小值点;储藏过程中近热壁面大豆粮食水分下降,近冷壁面上层粮食水分升高,高湿区域不断扩大,粮堆由结露逐步发展为发霉。

关键词：大豆结露湿热传递水分迁移

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花生干燥过程湿热传递机理研究现状与展望

中国粮油学报 2023年第5期38卷 166-174页

作者：李玉陈鹏枭王殿轩朱文学陈楠郭相毅吴建章河南工业大学粮油食品学院郑州450001

花生以其高营养价值和在食品中的广泛用途而备受关注,是一种重要的工业加工和食用油生产作物。花生收获后,其水分含量高,易因多种因素发生霉变,甚至产生毒素而使花生变质,从而导致花生品质降低和经济价值折损。干燥是花生收获后满足加... 详细信息

花生以其高营养价值和在食品中的广泛用途而备受关注,是一种重要的工业加工和食用油生产作物。花生收获后,其水分含量高,易因多种因素发生霉变,甚至产生毒素而使花生变质,从而导致花生品质降低和经济价值折损。干燥是花生收获后满足加工过程的重要步骤之一,也是保障花生品质和防止霉变的必要措施。本文介绍了国内外有关花生干燥的研究,阐述了花生的干燥技术、干燥特性及干燥模型,归纳了花生干燥过程湿热传递机理的研究进展,以期为花生产业健康发展提供参考。

关键词：花生干燥特性湿热传递干燥技术

油料作物热风干燥特性及湿热传递机理研究进展

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中国油料作物学报 2023年第3期45卷 462-473页

作者：包含陈鹏枭朱文学吴建章蒋萌蒙张润阳陈楠河南工业大学粮油食品学院河南郑州450001

干燥是油料作物加工的必经环节,也是油料作物安全贮藏的前提。热风干燥技术具有操作简单、成本低、处理量大、可持续干燥等优点,应用十分广泛。热风干燥过程本质上是湿热传递过程,基于实验及模型研究对油料作物湿热传递过程进行准确预... 详细信息

干燥是油料作物加工的必经环节,也是油料作物安全贮藏的前提。热风干燥技术具有操作简单、成本低、处理量大、可持续干燥等优点,应用十分广泛。热风干燥过程本质上是湿热传递过程,基于实验及模型研究对油料作物湿热传递过程进行准确预测具有重要意义。本文在介绍部分油料作物热风干燥特性的基础上,重点综述其湿热传递的实验和模型研究现状及发展动态,并展望油料作物热风干燥领域未来的研究方向,以期促进该技术的推广应用。

关键词：油料作物热风干燥干燥特性湿热传递

玉米干燥过程中湿热传递的数值模拟及实验研究

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玉米干燥过程中湿热传递的数值模拟及实验研究

作者：孟斐河南工业大学

学位级别：硕士

干燥是保障玉米品质的必要加工过程,能有效防止玉米发生霉变和降低虫害,对玉米安全储藏有重要意义。玉米的干燥过程是一个复杂的湿热传递过程,与干燥工艺及干燥机结构密切相关。与传统的实验研究方法相比,运用数值模拟技术具有高效、低... 详细信息

干燥是保障玉米品质的必要加工过程,能有效防止玉米发生霉变和降低虫害,对玉米安全储藏有重要意义。玉米的干燥过程是一个复杂的湿热传递过程,与干燥工艺及干燥机结构密切相关。与传统的实验研究方法相比,运用数值模拟技术具有高效、低成本、适应复杂工况的优点,可以对玉米干燥工艺参数以及干燥设备结构进行优化从而提高玉米的干燥均匀性和品质。本文将玉米烘干机中的玉米区域视为多孔介质模型,概述了在热风干燥过程中玉米的湿热传递机理,建立了适用于玉米干燥的热量传递和水分迁移的数学模型,基于FLUENT软件,研究了干燥过程中玉米区域中风速、温度、压力、玉米湿度和空气湿度的变化规律,以及分别从不同干燥工艺参数、角状管结构改变对玉米区域中玉米湿度的影响进行讨论。通过将数值模拟结果与实验结果对比分析,验证了FLUENT在玉米热风干燥过程中模拟的可行性。主要研究内容与结果如下:(1)通过实验测试,确定了玉米的主要物性参数。通过对玉米烘干机结构的分析和简化,利用ANSYS前处理软件Geometry创建了玉米烘干机的几何模型,并根据烘干机实际工作情况确定了合理的边界条件类型和初始条件。(2)利用综合同步热重分析仪研究玉米质量随温度变化的趋势以及在不同温度下玉米内部物质的热稳定性,分析玉米的TGA、DTG曲线变化得出90℃～120℃为玉米适宜的干燥温度范围。(3)探究了玉米区域中湿热传递规律,建立了玉米热风干燥过程中热量传递和水分迁移的数学模型。利用FLUENT软件的二次开发功能UDF定义了玉米干燥过程中的能量源项和水分迁移源项,编写了相应的湿度计算模块,在FLUENT软件中实现对玉米区域中玉米湿度的模拟计算功能。(4)利用FLUENT软件,模拟计算了影响玉米干燥效果的各种物理量(干燥风速度、干燥温度、干燥压力、空气湿度和玉米初始湿度等)在干燥过程中的分布规律。(5)研究了不同进口热风速度、热风温度、干燥时间等干燥工艺参数对玉米区域中玉米湿度的影响,发现玉米湿度随着进口热风速度、热风温度、干燥时间的升高而降低。研究了通气角状管不同尺寸大小以及不同数量排布对玉米区域中玉米湿度的影响,发现通气角状管尺寸大小、数量排布对玉米湿度有明显的影响。通气角状管尺寸过小、数量过少会因为热风流动扩散性差导致高含水率的玉米区域较多;通气角状管尺寸过大、数量过多会出现干燥过度以及降低玉米干燥处理量等问题,从而确定了通气角状管尺寸大小(进气角状管为大型角状管,出气角状管为小型角状管)和数量排布(第一排出气角状管数量为4个、第二排进气角状管数量为5个、第三排出气角状管数量为5个)的结构较为合理。(6)针对玉米干燥实验对出口热风速度、玉米湿度、玉米区域中水平特征截面(在X-Z平面上Y=1.015m处)上温度进行实验测量。将数值模拟结果与实验结果进行对比分析,可知两者的相对误差在10%以下,验证了FLUENT软件对玉米干燥过程中各物理场的模拟仿真分析具有可行性。

关键词：玉米湿热传递数值模拟干燥工艺通气角状管

温度作用下非饱和土中湿热传递及污染物迁移的试验研究

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温度作用下非饱和土中湿热传递及污染物迁移的试验研究

作者：李朋朋北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,多孔介质中热、水、力耦合及污染物迁移的研究是环境岩土领域的一个重要内容,在地热资源开发、核废料处置等领域有着很好的实用价值。通过相关研究发现,目前关于循环升降温作用下非饱和土中的湿热传递及温度作用下重金属离子迁... 详细信息

近年来,多孔介质中热、水、力耦合及污染物迁移的研究是环境岩土领域的一个重要内容,在地热资源开发、核废料处置等领域有着很好的实用价值。通过相关研究发现,目前关于循环升降温作用下非饱和土中的湿热传递及温度作用下重金属离子迁移的试验研究几乎没有。因此,本文通过自行研制的试验装置,开展了不同升降温过程中非饱和土的湿热传递及加热时间、初始含水率和干密度等因素对铅离子迁移过程影响的试验研究,主要工作内容有以下几点:(1)经观察发现,水分传感器所测的体积含水率读数受温度变化影响较大,因此对试验所用水分传感器进行了校准。结果发现两者之间存在线性关系,利用该数量关系对各个传感器在后续试验中所测数据进行校准。另外对不同干密度的高岭土进行了渗透系数的测定试验,确定了其渗透系数与干密度之间的关系。(2)对不同初始含水率的土柱进行了单一升温、单一降温过程中的湿热传递试验。结果表明,升温过程中,离热源端越远,初始含水率越高,其温度值越低,温度变化越慢,稳定所需的时间越长,有一定的温度影响范围;降温过程与升温过程类似,但稳定时的温度值趋于一致。升温过程中其湿度场分布情况为:离热源端越近,初始含水率越低,湿度峰值现象越明显,稳定时的湿度值越低,达到稳定状态的时间越短,有一定的湿度影响范围;降温过程中,湿度的变化情况取决于降温开始时刻的湿度值和初始含水率。(3)对不同初始含水率的土柱进行了循环升降温过程中的湿热传递试验。结果表明,循环升降温过程中的温、湿度变化特点与单次升降温过程类似,但随着循环次数的增加,稳定时的温度值和湿度值都有所升高;无论是哪次循环,土柱在竖放时的温度值都比横放时要低,但湿度值整体要比横放时高,这一现象在近热端比较明显;土柱横放时,降温过程中各测点的温度值和湿度值都能趋于一致;土柱竖放时,近热端测点的湿度值变化幅度较大,较远处测点的湿度值变化幅度较小。(4)单一升温过程中,进行了多种条件下铅离子在非饱和土中的迁移试验。结果表明,加热时间越长,铅离子迁移得越远;初始含水率越大,铅离子迁移得越远;对于初始含水率较低的土柱来说,干密度对铅离子迁移过程的影响不明显,而对初始含水率较高的土柱来说,干密度越小,同等条件下迁移得越远。但总的来说,铅离子迁移过程十分缓慢,且发生迁移的离子数量较少,铅离子在非饱和土中的迁移是一个十分复杂、受多种因素影响的过程。

关键词：非饱和土温度作用湿热传递污染物迁移

高水分小麦籽粒热风干燥特性及湿热传递模拟研究

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高水分小麦籽粒热风干燥特性及湿热传递模拟研究

作者：刘烨河南工业大学

学位级别：硕士

小麦是中国主要粮食作物之一,粮食不仅是人类赖以生存的必需品,也是关系国计民生的重要战略物资。但近几年随着环境日益恶化导致极端天气频发,易导致洪水和城市内涝,小麦储运环节遭受着前所未有的挑战。同时,我国湖北、江苏、安徽等沿... 详细信息

小麦是中国主要粮食作物之一,粮食不仅是人类赖以生存的必需品,也是关系国计民生的重要战略物资。但近几年随着环境日益恶化导致极端天气频发,易导致洪水和城市内涝,小麦储运环节遭受着前所未有的挑战。同时,我国湖北、江苏、安徽等沿淮地区在小麦收获时正值梅雨季节,由于受到雨水影响,收获时小麦含水量高达35%左右,远高于正常收获小麦的含水量。为了防止储藏时发生霉变、虫害等险情,影响粮食品质,必须及时进行干燥。目前,关于小麦干燥工艺和干后品质的研究大多只针对正常收获的小麦,正常收获小麦和高水分小麦之间物性存在很大差别,现有小麦干燥技术不适用于高水分小麦的干燥。因此,本课题将研究适合高水分小麦的热风干燥技术,并利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立高水分小麦籽粒湿热传递模型,系统分析小麦籽粒热风干燥过程中的温湿度变化,探究高水分小麦籽粒在干燥过程中的水分迁移规律。以期为我国高水分小麦的干燥及储藏提供理论基础,为我国粮食储备应急管理体系现代化建设提供科技支撑。本文首先探究不同含水率对小麦物理特性及热特性的影响。本章通过测定含水率分别为10.3%、13.6%、16.5%、19.3%、22.4%、25.1%、28.6%、31.3%、34.8%、37.5%小麦籽粒的各种基础物理参数、热特性参数,对各参数和含水率之间关系进行分析,结果表明:小麦三轴尺寸,几何平均径,球度以及表面积均随含水率的增大而增大;随着含水率的增大,小麦籽粒容重先减少后增加,而小麦孔隙率则先增大后减小;随着含水率的增大,小麦粉L*值呈下降趋势,a*值上升,b*值在7.5左右,基本不变;随着含水率的增大,其硬度呈线性下降,其关系式为:y=-402.81x+15491.24;随着含水率的升高,小麦比热容,热扩散系数,导热系数都呈增大趋势,其关系式分别为:y=0.016x+0.72,y=0.0014x+0.084,y=0.0021x+0.074。由此可知不同含水率小麦的物理特性和热特性之间存在较大差异,需探究适合高水分小麦的热风干燥工艺。其次本文对高水分小麦薄层干燥特性和干燥动力学方程进行研究。通过单因素实验探究了不同干燥温度,干燥风速,缓苏时间对小麦干燥特性的影响,实验结果表明:干燥温度和风速对干燥速率有显著影响。干燥温度越高,风速越大,高水分小麦干燥速率也越大,干燥时间越短。在干燥过程中进行缓苏可提高缓苏段之后小麦热风干燥速率,但对于整体干燥速率来说影响不显著。此外将小麦干燥特性曲线与常用薄层干燥方程进行拟合分析,结果表明Logarithmic模型的拟合效果最优,R范围为0.926-0.997,RMSE范围为0.0002-0.0161,可较好地反映和预测干燥过程中高水分小麦干燥特性的变化规律。基于Fick第二定律计算不同干燥工艺下的水分扩散系数,本试验有效水分扩散系数范围为1.0389×10-1.9315×10 m/s,高水分小麦热风干燥活化能为26.23 k J/mol。再次本文研究了不同干燥工艺对小麦品质变化的影响。从外观品质、营养品质、加工品质三个维度探究不同干燥工艺下小麦品质变化规律。结果表明:干燥温度是主要的影响因素。随着温度的升高,小麦色泽加深,粗脂肪含量下降,粗蛋白含量下降,破损淀粉含量上升,湿面筋含量下降,面团的吸水率上升,形成时间上升,稳定时间上升,弱化度下降,粉质指数上升。基于对小麦热风干燥特性和品质变化研究,将干燥温度,干燥风速,缓苏时间做为影响因素,平均干燥速率,色差L*值,湿面筋含量作为评价指标,使用响应面中心组合实验对高水分小麦热风干燥工艺进行优化,最终得到最佳干燥工艺为:温度45℃,风速0.98m/s,缓苏时间30min。最后本文通过COMSOL Multiphysics软件建立小麦籽粒三维湿热传递模型,模拟小麦干燥过程中的温度及水分变化情况,并进行干燥实验对模型进行验证,结果表明模型预测值与实验值拟合程度较高,平均误差仅为4.02%。并利用低场核磁共振技术测定小麦热风干燥过程中水分状态分布,结果表明高水分小麦中存在三种状态水,分别为化学结合水,物理结合水,自由水。随着干燥过程的进行,自由水和物理结合水逐渐转化为结合水,但干燥140min后,化学结合水含量下降,猜测小麦干燥过程中可能存在双向迁移现象。

关键词：高水分小麦热风干燥干燥品质湿热传递数值模拟

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一种面向储粮微环境的GPSO改进算法研究

中国粮油学报 2015年第12期30卷 102-105,113页

作者：吴建军甄彤祝玉华河南工业大学郑州450001

粮食作为一种特殊及复杂的生命体,储藏粮堆内部微环境的变化规律异常复杂,准确掌握粮堆内部温度场的变化是个难题。本研究通过对粒子群算法惯性权重和目标函数的修改,提出一种面向储粮微环境的GPSO改进算法,结果表明,改进算法在粒子分... 详细信息

粮食作为一种特殊及复杂的生命体,储藏粮堆内部微环境的变化规律异常复杂,准确掌握粮堆内部温度场的变化是个难题。本研究通过对粒子群算法惯性权重和目标函数的修改,提出一种面向储粮微环境的GPSO改进算法,结果表明,改进算法在粒子分布较为分散时,使得粒子群收敛速度较快,迭代曲线平稳,全局搜索能力强。在粒子分布较为密集时粒子的速度较为缓慢,其局部寻优能力强。该算法与其他算法对比分析,表明对储粮温度预测具有良好的结果,预测的拟合程度很高。

关键词：储粮微环境湿热传递预测模型 GPSO

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服用织物温热舒适性探讨

丝绸 1991年第9期28卷 52-53页

作者：汪学骞安徽机电学院纺织系

探讨服用织物湿热舒适性的机理、检测和评价方法,论述了生理因素、环境条件、服用织物结构与湿热舒适性。

关键词：服用织物湿热舒适性湿热传递

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热季酒醅入窖多场耦合模型及防凝露方法研究

热季酒醅入窖多场耦合模型及防凝露方法研究

作者：曾祥林四川轻化工大学

学位级别：硕士

酒醅入窖是白酒酿造重要的工艺,酒醅的温度和水分是影响酒醅发酵质量的重要指标。在连续两次入窖时间间隔内,酒醅受窖池周围环境温湿度变化与酒醅物理特性引起酒醅湿热传递现象。本文根据酒醅湿热传递规律建立热季酒醅入窖多场耦合模型... 详细信息

酒醅入窖是白酒酿造重要的工艺,酒醅的温度和水分是影响酒醅发酵质量的重要指标。在连续两次入窖时间间隔内,酒醅受窖池周围环境温湿度变化与酒醅物理特性引起酒醅湿热传递现象。本文根据酒醅湿热传递规律建立热季酒醅入窖多场耦合模型,采用有限元法对该模型进行数值求解,通过搭建温湿度可控实验平台,以理论与实验相结合的方法研究了酒醅在连续两次入窖时间间隔内的温湿度变化规律,对比分析仿真与实验结果,并优化模型。本文根据仿真结果预测凝露发生的时刻与部位,并制定相应的防凝露方法,最后通过实验验证防凝露方法的有效性。本文主要研究工作如下:(1)以酒醅为研究对象,采用宏观水平法分析了酒醅内水分与热量的存在方式及其传递机理,根据酒醅凝露机理制定酒醅凝露的判定条件。研究有限元法求解多场耦合问题的理论基础与流程,并对COMSOL数值仿真软件进行介绍,(2)利用多场耦合理论方法,通过研究酒醅湿热传递机理建立酒醅多场耦合数学模型,开展了酒醅防凝露的数值模拟。通过物理实验方法测定酒醅的物理性质作为模型的初始条件,以热季窖池环境的温湿度变化作为模拟的边界条件,在COMSOL数值仿真软件中模拟酒醅内部湿热耦合规律。(3)设计并完成搭建了温湿度可控实验平台,并分别对实验平台的控制系统进行了均匀性、准确性与误差性测试。以实验平台为基础验证了酒醅入窖多场耦合模型的准确性,优化了酒醅多场耦合数学模型。数值模拟与实测结果分析发现,在连续两次入窖时间间隔内,上层酒醅温湿度受窖池环境变化较大,酒醅内部温湿度变化幅度缓慢,酒醅内部温湿度场、微气流场且存在明显的分层现象。(4)根据模型仿真结果,制定防凝露方法。以实验手段与模拟仿真相结合的方式验证防凝露方法的有效性,结果表明:控制窖池环境温度、酒醅的渗透率、防凝露封堵材料有利于消除或延缓酒醅凝露,为实践生产提供了指导性意见。本文从酒醅湿热传递机理出发,理论与试验相结合验证了该模型的实用性与准确性,能够有效预测酒醅凝露时刻及位置,并制定了相应的酒醅防凝露方法。

关键词：有限元法湿热传递多场耦合模型酒醅温湿度场防凝露方法