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利用核磁共振成像技术分析胡萝卜干燥过程中内部水分传递

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农业工程学报 2013年第12期29卷 271-276,F0003页

作者：徐建国徐刚张绪坤顾震张森旺李华栋江西省科学院食品工程创新中心南昌330029 南昌航空大学无损检测技术教育部重点试验室南昌330063

为可视化果蔬干燥过程中内部水分传递现象,利用低场核磁共振成像技术(magnetic resonance imaging,MRI)研究了圆柱状胡萝卜40、70℃热风干燥过程中内部水分传递过程,获得了物料收缩状态下水分廓线特征和变化规律。研究表明,干燥过程中,... 详细信息

为可视化果蔬干燥过程中内部水分传递现象,利用低场核磁共振成像技术(magnetic resonance imaging,MRI)研究了圆柱状胡萝卜40、70℃热风干燥过程中内部水分传递过程,获得了物料收缩状态下水分廓线特征和变化规律。研究表明,干燥过程中,胡萝卜样品的水分廓线沿径向、轴向同时向中心不规则收缩,其内部的水分传递是一个多维、非稳态传递过程,并具有non-Fickian传递特征;干燥初始,水分梯度在物料表面迅速形成。随着干燥的进行,物料干基含水率低于7.33kg/kg时,其湿区直径收缩比率大于实测直径收缩比率,表面成为"干区",干湿界面退缩到物料内部。圆柱状胡萝卜的热风干燥过程可以用Henderson-Pabis模型进行描述,所建水分传递模型可以很好地模拟70℃干燥试验结果,最大相对误差为7.69%,出现在干燥最后阶段,其他时刻相对误差低于4%;物料中心层水分传递模型可以很好地预测40℃干燥试验过程。研究结果可以为干燥工艺的选择以及物料收缩状态下水分传递过程的理论模拟提供支持。

关键词：核磁共振成像水分干燥水分廓线水分传递收缩

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人造米干燥过程内部水分传递特性的研究

食品科学 1998年第2期19卷 7-10页

作者：赵思明熊善柏高福华中农业大学食品科技系 430070

对人造米干燥过程内部水分传递特性的研究表明：含水量和温度对扩散系数有显著影响；干燥前期水分扩散系数随含水量减小而增加，后期扩散系数则有所减小；但随温度上升呈指数上升趋势。一定温度下的活化能与含水量呈负相关；干燥过程的... 详细信息

对人造米干燥过程内部水分传递特性的研究表明：含水量和温度对扩散系数有显著影响；干燥前期水分扩散系数随含水量减小而增加，后期扩散系数则有所减小；但随温度上升呈指数上升趋势。一定温度下的活化能与含水量呈负相关；干燥过程的相对湿度对扩散系数影响较小。

关键词：人造米干燥过程水分传递方便食品

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脱硫石膏灌芯墙水分传递规律的计算与验证

硅酸盐通报 2019年第5期38卷 1491-1496页

作者：丁杨魏永起王中平周双喜浙江大学建筑工程学院杭州310058 同济大学材料科学与工程学院上海201804 华东交通大学土木建筑学院南昌330013

纸面石膏板隔墙中灌入脱硫石膏浆体形成脱硫石膏灌芯墙,既可以高效利用低品质脱硫石膏,又可以有效解决空心隔墙的隔音问题,但脱硫石膏灌芯墙水分传递特性尚不清楚,因此通过实验确定了脱硫石膏灌芯墙在不同相对湿度下的蒸发特性,同时引... 详细信息

纸面石膏板隔墙中灌入脱硫石膏浆体形成脱硫石膏灌芯墙,既可以高效利用低品质脱硫石膏,又可以有效解决空心隔墙的隔音问题,但脱硫石膏灌芯墙水分传递特性尚不清楚,因此通过实验确定了脱硫石膏灌芯墙在不同相对湿度下的蒸发特性,同时引入多孔材料蒸发模型进行简化和验证。结果表明:脱硫石膏灌芯墙的蒸发速率随环境相对湿度降低呈现非线性增加特性;简化后的Hertz-Knudsen-Langmuir(HKL-S)蒸发模型仅可在较高湿度范围内(≥55%)对脱硫石膏灌芯墙的蒸发速率进行可靠预测,而简化后Statistics-Rate-Theory(SRT-S)模型能够在几乎全湿度范围内准确预测脱硫石膏灌芯墙在蒸发速率,同时减少了试验测定系数,易于在实际工程根据环境湿度预测和控制脱硫石膏灌芯墙的施工进度。

关键词：脱硫石膏灌芯墙水分传递 Hertz-Knudsen-Langmuir模型 Statistics-Rate-Theory模型

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重载纤维模塑材料热压成型的水分传递过程

包装工程 2017年第9期38卷 96-101页

作者：王全亮肖生苓岳金权陆新宗东北林业大学哈尔滨150040

目的探究各工艺因素(热压温度、热压压力、初始含水率、定量)对重载纤维模塑材料水分传递过程的影响,揭示重载纤维模塑材料热压成型的水分传递机理。方法采用隔层设计测得纤维模塑板坯不同位置的水分变化;引入t检验与F检验法检验对称位... 详细信息

目的探究各工艺因素(热压温度、热压压力、初始含水率、定量)对重载纤维模塑材料水分传递过程的影响,揭示重载纤维模塑材料热压成型的水分传递机理。方法采用隔层设计测得纤维模塑板坯不同位置的水分变化;引入t检验与F检验法检验对称位置水分变化曲线的差异。结果热压过程中,水分在重载纤维模塑板坯中对称分布,水分变化可划分为2个阶段,即快速下降段(Q段)和集中汽化段(L段)。水分梯度主要发生在L段,其水分传递依次满足菲克第一定律的稳态扩散和菲克第二定律的非稳态扩散,扩散速率由表及里逐渐减慢。在Q段与L段,提高热压温度、增大热压压力或减小定量均能加快芯层水分下降速率,初始水分含量对水分下降速率无明显影响。结论热压过程中,重载纤维模塑材料由表及里先后完成干燥。降低初始含水率、提高热压温度、增大热压压力或减小定量均能缩短重载纤维模塑材料的干燥时长。

关键词：重载纤维模塑热压成型水分传递水分分布

PAN静电纺微纳米纤维包芯纱的制备及其水分传递性能研究

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PAN静电纺微纳米纤维包芯纱的制备及其水分传递性能研究

作者：彭蕙东华大学

学位级别：硕士

静电纺丝技术作为新兴的微纳米纤维制备技术,具有较大的研发及应用价值,目前已经在微纳米纤维膜和纱线方面有了较多的研究,但其机械性能较差,难以真正运用到传统纺织工艺上,限制了高性能微纳米纤维在传统纺织品上的应用。此外,由微纳米... 详细信息

静电纺丝技术作为新兴的微纳米纤维制备技术,具有较大的研发及应用价值,目前已经在微纳米纤维膜和纱线方面有了较多的研究,但其机械性能较差,难以真正运用到传统纺织工艺上,限制了高性能微纳米纤维在传统纺织品上的应用。此外,由微纳米纤维带来的尺度效应已经在水分传导领域有了一定的探索,具有非常优异的吸湿导水性或超疏水性,是一种良好的工程材料,但能够真正将其落实到传统纺织品上的研究还非常少。首先,本文利用课题组自制的纳米纤维纱线机,将最广泛使用的高聚物之一聚丙烯腈(PAN)与不同支数的天然纤维棉纱、合成纤维腈纶纱、涤纶纱通过静电纺丝技术制备成了微纳米纤维包芯纱,得出了各种包芯纱最佳纺丝参数,在溶液流量和纺丝电压相同的情况下制得PAN包芯纱的表面形态无太大差异。测得不同支数包芯纱的微纳米纤维层厚度及包覆率,厚度上,棉为45-58μm,腈纶为36-45μm,涤纶为34-47μm;包覆率上,棉为6.5-56.3%,腈纶为7.0-30.0%,涤纶为6.4-51.9%,利用更细的芯纱可制得皮芯比更大的包芯纱。再对芯纱进行测试发现,随支数增大,芯纱直径减小,捻度增大,腈纶和涤纶毛羽减少,棉毛羽先增后减,其中腈纶的毛羽最大。其次,通过自行设计的方法运用电子单纤维强力仪粗略测试了16、21、32PAN包芯纱的皮芯结合力,对同支数芯纱有结合力大小值PAN/腈纶>PAN/涤纶>PAN/棉,对同种类芯纱,随芯纱变细结合力逐渐减小,将结合力除以皮芯接触面积得到单位面积皮芯结合力(单位×10N/m),PAN/腈纶分别为48.5,36.6,21.6,PAN/涤纶分别为34.9,33.5,23.6,PAN/棉分别为19.6,15.2,11.2,腈纶和涤纶的包芯纱单位面积结合力与其芯纱表面毛羽值呈正相关,棉因表面含有较多非纤维素类杂质而稍有差异。另外,PAN微纳米纤维的包覆增大了纱线整体的断裂强力,提高了棉和涤纶的芯吸高度,降低了腈纶的芯吸高度,纱线越细,包芯纱及其芯纱的芯吸高度越低。对比芯吸高度增量发现,微纳米纤维对粗芯纱的影响强于细芯纱,芯吸高度增量与包芯纱单位面积结合力值基本成正相关,皮芯相互作用越强对芯吸增量影响越大,其中棉略不稳定。PAN微纳米纤维的包覆还能大大增强纱线表面的浸润性,同时带来皮芯层间的差动毛细效应。最后,将PAN微纳米纤维包芯纱作为纬纱制成了织物,其SEM图显示织物中的微纳米纤维与微米纤维相差2个数量级,不同支数芯纱织造的织物结构参数不同。对织物进行水分传递性能测试,发现PAN微纳米纤维加入后,在织物的瞬时接触角方面,棉由128°减小至111°,吸水快10 s,腈纶由148°减小至105°,吸水更快,涤纶由136°减小至100°,由不吸水变为吸水;在芯吸高度方面,织物纬向芯吸高度与其包芯纱趋势相同;在织物透湿量方面,腈纶上升,棉和涤纶影响较小;在织物水分蒸发速率方面,3类织物的蒸发速率都有所增大,其中PAN/涤纶织物#40蒸发最快。根据MMT测试结果,同类织物中液态水综合管理性能最优的如下:PAN/棉织物#12.5的单向传递指数达到了802.0%(5级),液态水动态传递综合指数为0.64(4级);PAN/腈纶织物#40的综合指标值分别为70.5%(2级)和0.51(3级);所有织物中PAN/涤纶织物#10的单向传递指数最高,为924.6%(5级),液态水动态传递综合指数最高,为0.75(4级)。可根据实用目的选取合适的纱线进行织物的制备,如快速吸水织物、单向导湿排汗织物等。

关键词：静电纺丝 PAN微纳米纤维包芯纱纤维结合力水分传递

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关于建筑围护结构中水分传递驱动势的讨论

建筑节能（中英文） 2022年第11期50卷 1-7页

作者：冯驰重庆大学建筑城规学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

建筑围护结构中的水分传递对围护结构的耐久、建筑物的能耗、室内的空气品质等均有重要影响,是建筑热工学的核心研究内容之一。在分析水分传递时,不同学者在驱动势的选择上存在分歧。推导了基于不同驱动势的传递方程和守恒方程,明确了... 详细信息

建筑围护结构中的水分传递对围护结构的耐久、建筑物的能耗、室内的空气品质等均有重要影响,是建筑热工学的核心研究内容之一。在分析水分传递时,不同学者在驱动势的选择上存在分歧。推导了基于不同驱动势的传递方程和守恒方程,明确了其相互转换的数学和物理关系,对各自的优缺点进行了比较。研究发现,基于不同驱动势的控制方程可以相互转换,其中以水蒸气分压力、毛细压力或材料含湿量为驱动势时控制方程的形式较为简单;以相对湿度或空气含湿量为驱动势时控制方程的形式较为复杂,在非等温工况下必须引入温度项。此外,选取水蒸气分压力和毛细压力作为水蒸气和液态水传递驱动势时,在物理过程的合理性、边界处的连续性、驱动势和传递系数的测量难度以及模型的拓展性5个方面有最佳的综合表现。同时指出,动态效应和毛细滞后效应是当前热湿耦合传递研究中需要重点解决的难题。

关键词：围护结构水分传递驱动势传递系数理论模型

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干湿粮混合水分传递规律的试验研究

黑龙江八一农垦大学学报 1996年第3期8卷 52-57页

作者：汪春许春林滕建刚王成芝刘殿才于建政黑龙江八一农垦大学农业工程系

本文采用着色法探讨了干、湿粮在混合过程中的水份传递规律．用单因素试验的方法．建立了干、湿粮水价变化规律在原始水份．混合粮受热温度、混合比等不同条件下，随时间的变化规律．并对这些规律进行了分析、得出了水分变化量的平衡计... 详细信息

本文采用着色法探讨了干、湿粮在混合过程中的水份传递规律．用单因素试验的方法．建立了干、湿粮水价变化规律在原始水份．混合粮受热温度、混合比等不同条件下，随时间的变化规律．并对这些规律进行了分析、得出了水分变化量的平衡计算公式．揭示了干湿相混合方法解决高水份粮烘干问题的内在机理。

关键词：着色水分传递干湿粮

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初烤烟叶回潮特性与数值模拟研究

初烤烟叶回潮特性与数值模拟研究

作者：陈家鼎河南农业大学

学位级别：硕士

研究初烤烟叶不同组分的回潮特性差异,构建初烤烟叶回潮过程仿真模型,为促进烟叶回潮工艺优化提供参考。以K326的烤后烟叶为试验材料,获取不同温度（20～40℃）和相对湿度（50%～90%RH）下叶片和主脉的回潮曲线,并利用低场核磁共振技术... 详细信息

研究初烤烟叶不同组分的回潮特性差异,构建初烤烟叶回潮过程仿真模型,为促进烟叶回潮工艺优化提供参考。以K326的烤后烟叶为试验材料,获取不同温度（20～40℃）和相对湿度（50%～90%RH）下叶片和主脉的回潮曲线,并利用低场核磁共振技术（LF-NMR）分别检测叶片和主脉回潮过程中的水分状态变化;采用TEMPOS热特性分析仪测量叶片和主脉的热物性参数,并借助COMSOL软件构建了初烤烟叶回潮过程的仿真模型。主要研究结果如下:1、物性参数研究。叶片和主脉的密度随含水率的增大而增大,含水率5%～30%时,叶片密度为562.79～684.84 kg/m3,主脉密度为908.83～1045.51 kg/m3;叶片和主脉导热系数随温度和含水率的增大而增大,叶片导热系数为0.09～0.44 W/（m·K）,主脉导热系数为0.16～0.39W/（m·K）;叶片和主脉质量比热容主要与含水率呈正相关,叶片比热容为1520.62～3123.57J/（kg·K）,主脉比热容为1618.83～2563.70 J/（kg·K）;分别构建的热物性参数预测模型R2介于0.93～0.99,具有可信度。叶片的平衡含水率介于0.0874～0.3416 g/g之间,增幅为290.95%,主脉的平衡含水率介于0.0573～0.5510 g/g之间,增幅为926.33%,Modified Oswin模型为叶片和主脉的最优吸附等温线模型。随着温度的升高,叶片和主脉的平均水分扩散系数都会逐渐增大。叶片的水分扩散系数介于9.69×10-13～1.49×10-11m2/s,主脉的水分扩散系数介于5.17×10-11～1.39×10-9m2/s。2、回潮特性研究。叶片和主脉均呈降速回潮趋势,且回潮速率随温度和相对湿度的增大而增大。30°C时,90%RH下叶片和主脉达到水分平衡的时间分别比50%RH时增大107.69%和200.00%,最大回潮速率分别比50%RH时增大106.28%和386.57%;70%RH时,40°C下叶片和主脉达到水分平衡的时间分别比20°C时缩短71.88%和72.00%,最大回潮速率分别比20°C时增大100.42%和50.73%。Peleg模型为描述叶片和主脉回潮过程的最优动力学模型。回潮过程中（0～0.15 g/g）,叶片和主脉存在两种水分状态:强结合水(021水分传递数学模型,并采用有限元法进行求解;研究结果显示,TH模型考虑了初烤烟叶叶片和主脉物理特性的异质性,对初烤烟叶的水分模拟较为准确,最大相对误差为9.74%。回潮过程中,水分由烟叶表面向内部逐渐扩散;同一时间,初烤烟叶叶片的含水率基本一致,主脉含水率分布均匀性由叶尖向叶基逐渐变差。装烟室内烟叶含水率模拟值与试验值的相对误差介于4.55%～14.75%,烟叶的含水率由下棚（Z=2.6m）向上棚（Z=1m）逐渐减小,平均含水率降低7.53%;由烤房后端（X=6m）向前端（X=2m）逐渐减小,平均含水率降低8.76%。温度升高可以减小叶片和主脉内外水分差,提高水分分布均匀性;相对湿度增大可以提高叶片和主脉表面与内部的水分梯度,增大回潮的水分驱动力。雨天时初烤烟叶的回潮速率明显高于晴天,13h可以达到目标含水率,而晴天时则需要24h以上。综上所述,初烤烟叶叶片和主脉的物理特性和回潮特性存在巨大差异,充分考虑两者异质性所构建的回潮模型具有更高的准确度,能够预测不同温度和相对湿度下初烤烟叶的回潮程度。

关键词：初烤烟叶回潮物性参数水分传递数值模拟

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挂面干燥过程水分迁移规律研究

中国食品学报 2017年第12期17卷 1-12页

作者：魏益民王振华于晓磊武亮王杰张波张影全李明中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工综合重点实验室北京100193 北京工商大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心北京100048

干燥是挂面生产的重要环节,然而干燥工艺优化和设备设计等还缺少相应的科学依据和标准规范。本文以食品水分分析技术平台为试验手段,设计了不同条件下的挂面干燥试验。通过测定挂面干燥过程中的干燥动力学曲线,分析干燥条件(温度和相对... 详细信息

干燥是挂面生产的重要环节,然而干燥工艺优化和设备设计等还缺少相应的科学依据和标准规范。本文以食品水分分析技术平台为试验手段,设计了不同条件下的挂面干燥试验。通过测定挂面干燥过程中的干燥动力学曲线,分析干燥条件(温度和相对湿度)对含水率及干燥速率的影响;通过低场核磁共振分析系统(NMI20-030H-I)测定干燥过程中的水分横向弛豫时间(T_2)和质子密度加权像,分析挂面干燥过程中的水分状态和水分分布变化规律;通过建立挂面干燥过程中的湿热传递数学模型,观察挂面干燥过程中温度场和水分场的分布和变化规律。上述研究结果系统地展现挂面干燥过程水分的迁移规律,挂面干燥过程温度和含水率的变化,挂面干燥条件和控制参数的关系。这些结果将为干燥工艺优化和干燥过程智能控制提供理论依据和技术参考。

关键词：挂面干燥工艺水分传递低场核磁共振和成像数学模型