刘木华[1]2000年在《水稻干燥品质的模拟和控制机理研究》文中研究表明稻谷干燥品质包括有多项内容和指标。如反映稻谷爆腰可用爆腰率；种子品质有干燥后种子发芽率；水稻加工品质有出米率；水稻食用和营养品质有色泽、食味和香味等。本文从一种新的理论和角度——玻璃化转变的观点出发，选择研究了稻谷爆腰的产生机理、稻谷干燥工艺参数和稻谷种子的安全干燥温度。此外，还研究了稻谷的随机干燥模型和干燥过程中稻谷出米率的退化动力学模型。论文主要进行了以下几个方面的工作： 1）稻谷干燥品质的变化是由于宏观热湿作用产生的颗粒内部物理性质和化学性质变化的结果，其中玻璃化转变是重要的物理性质变化。因此本文分析研究了稻谷玻璃化转变温度的测量方法，进行了水稻颗粒的DSC（Differential Scanning Calorimetry）试验，测量了金稻305水稻颗粒的玻璃化转变温度。通过水稻颗粒的玻璃化转变温度试验数据得到了玻璃化转变温度数学模型。 2）用有限元方法模拟和分析了稻谷颗粒内部玻璃态的形成；进行了水稻爆腰试验和玻璃态稻谷的银纹观察试验；利用玻璃化转变理论研究了稻谷爆腰的产生机理；并分析了干燥、冷却和缓苏过程中稻谷爆腰的产生，提出了减少稻谷爆腰的建议。 3）研究了稻谷的间歇干燥工艺参数——干燥介质温度、极限受热时间、缓苏温度和缓苏时间。得出了稻谷极限受热时间计算公式和缓苏时间计算公式；并用出米率作为干燥品质指标对间歇干燥工艺参数进行了验证。 4）通过稻谷颗粒干燥时的发芽率退化动力学模型，建立了稻谷种子安全干燥温度模型；进行了稻谷种子的发芽率试验，确定了种子安全干燥温度模型的系数；对保证稻谷种子发芽率的介质温度和稻谷种子温度提出了建议。 5）试验研究了稻谷和玉米在干燥过程中的含水率随机分布规律；稻谷薄层干燥试验结果表明水稻在干燥过程中存在二阶段性，这两个阶段的干燥速率有很大差别；利用稻谷的两箱体模型和偏微分干燥模型建立了稻谷随机干燥模型；利用随机模型分析了固定床干燥时，干燥热风温度和风速对稻谷含水率分布的影响；结合玻璃化转变状态图和随机干燥模型，分析了薄层干燥和固定床干燥时，干燥机内部不同部位颗粒的物理状态变化；推导了薄层干燥和固定床干燥中进入橡胶态干燥的颗粒数计算公式。 6）用人工神经网络研究了稻谷出米率的退化动力学模型。通过网络模拟研究了稻谷初始含水率、干燥热风温度和相对湿度对出米率的影响。
李业波[2]1999年在《水稻干燥和吸湿过程中裂纹机理的研究》文中认为水稻碎米率是衡量稻米品质的重要指标之一。水稻干燥和吸湿过程中由于各部分收缩不均匀而形成的内部应力是造成水稻裂纹的主要原因。水稻裂纹后会在后续的加工过程中形成碎米,从而影响稻米的品质。
沈辉[3]2017年在《谷物干燥品质控制机理及太阳能集热薄层谷物干燥技术研究》文中认为扬州大学博士2018谷物干燥品质控制机理及太阳能集热薄层谷物干燥技术研究Research of Quality Control Mechanism of Grain Drying and Technologies of Solar
李栋[4]2001年在《稻谷干燥应力裂纹生成扩展及抑制的试验研究和机理分析》文中研究说明1）稻谷应力裂纹一般是沿着籽粒的横轴方向产生的，其生成扩展过程是由完好无损向单裂发展，再向双裂发展，最后向龟裂发展。干燥过程结束时产生的裂纹率最少，贮藏过程结束时产生的裂纹率最多。干燥时采用低温和大风量，降低稻谷的初始含水率和提高终了含水率，采用慢速冷却和低温贮藏等方法，都能降低稻谷产生的裂纹率。 2）首次通过扫描电子显微镜，对稻谷干燥后胚乳组织的形态结构以及应力裂纹的显微形态、生成位置和扩展方向进行了分析研究。自然晾晒后，胚乳组织的结构遭到轻微破坏。热风干燥后，胚乳组织的结构遭到严重破坏。胚乳组织中存在着大量应力裂纹，裂纹首先生成在胚乳组织的中心部位，然后向四周扩展。大多数应力裂纹扩展的路径都是穿越细胞壁，沿着淀粉颗粒的边缘扩展。风温越高，对胚乳组织和籽实皮的破坏作用越大，越容易产生应力裂纹。 3）干燥过程中，稻谷化学成分的改变和籽粒结构的复杂性会影响到应力裂纹的产生。温度梯度和水分梯度产生的热应力和湿应力是稻谷产生应力裂纹的主要原因。当稻谷内部产生的干燥应力大于稻谷内部的抗拉强度时，稻谷就会产生应力裂纹。把应力裂纹同断裂力学理论联系起来进行分析，发现稻谷产生的应力裂纹属于脆性断裂。 4）在国内首次利用INSTRON—4411型万能材料试验机，对干燥过程中稻米的力学性能进行了一些试验研究，从而解决了干燥应力无法定量分析的难题。降低稻米的含水率，降低干燥时的热风温度，都能使干燥后稻米能够承受的破裂载荷增大。建立了稻米破裂载荷与其干燥温度和含水率之间的关系方程。 5）利用玻璃化转变理论对稻谷的干燥过程进行了试验研究。在干燥过程中，稻谷会发生玻璃化转变现象。稻米的含水率越高，其玻璃化转变温度越低。建立了稻米玻璃化转变温度与其含水率之间的关系方程式：Tg=77.1-1.7M。发生玻璃化转变以后，稻米胚乳组织的淀粉颗粒变得杂乱无序，产生的应力裂纹率明显增多，稻谷能够承受的破裂载荷显著下降。 6）利用分形理论对稻谷产生的应力裂纹进行了分析研究。通过扫描电子显微镜的观察分析，表明稻谷产生的应力裂纹具有分形特征。建立了稻谷应力裂纹的沿晶脆断、穿晶脆断、以及沿晶和穿晶偶合脆断的三种弯折扩展分形模型。建立了稻谷应力裂纹的分叉扩展分形模型，其分形维数与分叉角的大小有关。对稻谷产生应力裂纹的四种分形扩展模型进行了动力学分析，得到以下结论：沿晶和穿晶偶合脆断的临界扩展力＜沿晶脆断的临界扩展力＜穿晶脆断的临界扩展力＜分叉扩展的临界扩展力。 7）本人所在的课题组研制开发成功一种农用平床式逆流干燥机。该机于1999年3月通过了农业部组织的科学技术成果鉴定，鉴定意见认为，该机的干燥能力、处理量、热耗、能耗、粮食品质等指标均达到国家有关标准和合同书要求。该机采用低温大风量的逆流干燥工艺干燥稻谷，在满足国家标准对水稻爆腰率要求的前提下，干燥水稻的干燥速率（减干率）指标明显高于国内外水稻干燥机水平。该成果对我国农村的适用性和水稻干燥的性能指标居国内中小型干燥机的领先水平。
刘斌[5]2000年在《水稻内部传热传质有限单元分析和应力裂纹机理研究》文中指出本文对谷物干燥和吸湿过程中内部传热传质机理进行了较深入的研究和探讨。将水稻颗粒假定为复合椭球体，在圆柱坐标下，利用有限单元方法，通过改进的传质模型和粘弹性力学模型，对干燥和吸湿环境下水稻颗粒内部水分分布和应力应变分布进行数学模拟。模拟结果表明：干燥过程中，由于表层很快失水，内部水分向外扩散缓慢，使得水稻颗粒内部处于“外拉内压”的应力状态；吸湿时，表层含水量很快达到平衡水分，中心含水量变化缓慢，使得水稻颗粒中心受最大拉应力，表层受最大压应力，沿颗粒r轴从内向外应力由受拉逐渐变为受压；水稻颗粒中心首先形成应力裂纹的可能性最大。因而可以推断干燥过程不是水稻应力裂纹形成的主要阶段，其应力裂纹的形成主要出现在干燥结束后和吸湿过程中。 试验研究了水稻在收获前、干燥过程中、干燥后存放和吸湿过程中的应力裂纹规律。结果表明，水稻田间含水量为31%时，若遇阴雨或夜间吸湿就会出现应力裂纹。干燥应力裂纹主要出现在干燥结束后的存放期间，快速干燥后谷粒内部形成的水分梯度是水稻产生应力裂纹的主要原因。水稻吸湿应力裂纹是环境温度和相对湿度联合作用的结果，稻壳具有延缓水稻吸湿的作用，从而减少应力裂纹的产生。
乔柱[6]2016年在《玉米过热蒸汽干燥特性及理化品质研究》文中指出玉米是我国重要的种植作物,一般新收获的玉米含水率较高,籽粒大、表皮结构致密、水分散失困难,需要及时干燥除去水分以达到安全贮藏的要求。目前,我国玉米干燥以自然干燥和热风干燥为主,存在整体机械化水平不高、能耗高的问题且随着农户晾晒场的减少,每年有大量玉米因未及时干燥而发生霉变,造成资源浪费。发展高效率干燥技术,是解决玉米干燥难题的一种有效途径。为探索高效节能的粮食干燥技术,本实验尝试采用过热蒸汽干燥技术对玉米进行干燥,研究玉米过热蒸汽干燥特性,通过过热蒸汽干燥和热风干燥对比研究不同干燥工艺条件下玉米裂纹率、裂纹表现形式、玉米挤压破碎力及干燥后品质指标变化规律,并对玉米过热蒸汽干燥工艺进行优化,为过热蒸汽的应用及仪器制造提供理论依据,主要的结论如下:(1)利用过热蒸汽干燥技术对玉米干燥,探究干燥温度、风速及玉米初始含水率对干燥特性的影响。结果表明,玉米过热蒸汽干燥没有明显的恒速干燥阶段,只有预热阶段和降速干燥阶段。预热阶段有蒸汽冷凝现象发生,风速和蒸汽温度的提高,有助于减少蒸汽冷凝量。干燥阶段风速、蒸汽温度和玉米初始含水率的提高可提升干燥速率。过热蒸汽干燥存在逆转点,逆转点随着风速和玉米初始含水率的变化而变化,玉米初始含水率降低以及风速的增加有助于降低逆转点的温度。对玉米过热蒸汽干燥实验数据进行模拟,得到单扩散模型,验证得实验值与预测值相对误差较小,验证结果表明单扩散模型能够较好的模拟玉米过热蒸汽干燥过程。(2)分别以热风和过热蒸汽为干燥介质,对比研究在不同干燥温度、风速、缓苏温度条件下玉米裂纹率、裂纹表现形式及玉米籽粒挤压破碎力的变化规律。结果表明,随着干燥温度的升高,热风干燥和过热蒸汽干燥条件下裂纹率均呈现先降低后升高的趋势,在150℃干燥条件下裂纹率较低;随着风速的增加,裂纹率大致呈现上升趋势;在50℃缓苏温度条件下,裂纹率较低。相同的实验条件下,过热蒸汽干燥后玉米裂纹率低于热风干燥且裂纹形式较好。两种干燥方式下,玉米籽粒挤压破碎力随着温度的升高而逐渐降低;风速对热风干燥后玉米籽粒的挤压破碎力影响较小,过热蒸汽干燥后玉米籽粒挤压破碎力随着风速的增加而降低;较高的缓苏温度增加过热蒸汽干燥后玉米籽粒挤压破碎力。过热蒸汽干燥对玉米籽粒热损伤较大且不易在玉米籽粒表面形成硬壳,相同条件下,过热蒸汽干燥后玉米籽粒挤压破碎力低于热风干燥。(3)对比研究热风干燥和过热蒸汽干燥后玉米品质发现,干燥温度与品质指标之间相关性较显著,随着干燥温度的升高,玉米粉的亮度降低、泛红度增加,玉米淀粉得率降低,糊化程度增高,游离脂肪酸值降低,过热蒸汽干燥对玉米粉色泽和淀粉糊化程度的影响高于热风干燥。风速的提高,增加了玉米的糊化程度,玉米粉的亮度降低、泛红度增加,玉米淀粉得率降低,游离脂肪酸值降低,缓苏温度对玉米品质的影响较小。(4)以干燥时间、裂纹率、玉米粉色泽为评价指标,过热蒸汽温度、风速、缓苏温度为因素,通过正交优化实验,采用综合加权平均法优化干燥工艺,干燥温度150℃,风速3m/s,缓苏温度50℃时,干燥效果较好,玉米裂纹率为9%,裂纹率较小,干燥时间为14min,玉米粉色泽亮度值为80.65。
王润发[7]2016年在《粮食红外线辅助热风干燥工艺系统设计》文中研究指明粮食干燥装备的设计不仅涉及到极为复杂的传热传质机理、粮食自身的物性特征与干燥特性,又涉及到机械结构设计与自动化控制技术;干燥工艺技术、机械结构特征、自动化控制技术水平直接影响到干燥品质、能耗、设备寿命、安全性及系统的经济性。面对我国粮食干燥普遍存在的受热不均匀、品质差、能耗高、效率低等现实问题,本研究从粮食水分结合能分析入手,基于干燥系客观?的充分利用和多场协同作用,设计一种粮食红外线辅助热风干燥工艺系统,建立干燥机三维模型,完成样机设计与试验,论文完成的研究工作主要包括以下内容:(1)分析了粮食水分迁出特征与粮食同水分的结合机理,明确了粮食干燥过程中,干燥系统内的水分蒸发在任何温度下都可以自发地进行,而且蒸发过程是热力共同作用的结果,水分迁出速率受限于水分与粮食的结合能,结合能随含水率和粮食自身温度的升高而降低,在粮食湿含量超过30%后,温度对其结合能的影响非常小,在粮食的低水分区域,结合能随粮食含水率的增大而显著下降,基于此原理,设计了一种红外线热辐射、逆混流引风组合的干燥工艺系统,既能保证干燥过程中粮食温度不过高,又能大幅度加快高湿粮食去水速率,同时改善了粮食的干燥品质,节约了干燥能耗。(2)利用粮食对红外辐射具有选择性吸收的原理,设计了一种通过回收烟气能量产生特定波长的远红外辐射装置,高效利用了废气能量,加快了粮食干燥速率,改善了粮食干燥品质;为保证样机排粮均匀可靠,简化传统排粮机构,设计了一种往复式排粮机构,增强了样机整体结构的可靠性,实现了样机使用功能的多样性;运用SolidWorks三维设计软件建立了样机整体的三维模型,为样机的加工制造提供参考。(3)假设粮食干燥层为各向同性的多孔介质,建立样机的仿真模型,基于前期试验结果,设置模型中多孔介质的参数与边界条件,利用ANSYSWorkbench平台中的流体分析软件Fluent对样机内气流分布和压力场的分布进行模拟仿真,得到了气流分布的风速场云图与干燥粮层压力场云图,通过仿真的结果分析了干燥介质风速流场分布的均匀性,以及多孔介质粮层的压力分布情况,验证了样机设计的可靠性,也为进一步优化设计干燥机提供重要参考依据。(4)在安徽芜湖开展了样机试验验证。试验结果表明:干燥过程中,样机总体运行可靠性强,在风量谷物比为kg100/m7.0~5.0)(3s?的条件下,稻谷湿基含水率从33%降到15.81%时,稻谷平均去水速率为2.95%/h;在环境温度与相对湿度分别为5℃和100%、热风温度为50~80℃、排烟温度为70℃的条件下,稻谷自身温度保持在35℃以下,较传统的横流干燥方法降低11℃,平均去水速率提高2倍以上,实现了干燥机低温循环干燥的功能,保障了稻谷不受过热损伤,提高了稻谷的干燥品质,大幅度降低了干燥能耗。
徐泽敏[8]2008年在《稻谷真空干燥品质控制机理及食味特性的研究》文中研究表明本文以提高稻谷干燥品质,开发探索实用、节能、环保、高效的稻谷真空干燥工艺设备为目的,对稻谷真空干燥品质控制及食味特性进行了理论和实验研究。利用多孔介质的传热传质规律分析了稻谷真空干燥过程中的热质传递规律,建立了基于水势的稻谷真空干燥的数学模型;分别建立了降水幅度、爆腰增率、整米率与干燥时间、真空度、干燥温度的数学模型,并通过单因素分析、优化计算得到最佳的参数组合;研究了初始含水率与真空干燥条件对食味值的影响,建立了回归模型,用BP神经网络建立了食味值与初始含水率、真空度、干燥温度的新模型;通过薄层干燥实验研究了稻米的食味品质变化规律,研究了干燥温度对糙米的理化指标的影响;借鉴精米食味值模型,利用参数估计法建立了糙米的理化指标与食味值的预测模型;对稻谷真空干燥过程进行了单位能耗估算、分析和经济效益分析。
王攀[9]2017年在《水稻种子干燥热动力学分析及损伤机理研究》文中研究表明干燥处理对农作物种子储藏至关重要,干燥过程能够降低种子水分含量,减缓微生物造成的腐败,避免冷冻过程产生的损伤,从而延缓种子老化,提高种子储藏时间。不适当的干燥方式会损害细胞膜结构,导致细胞内酶失活,蛋白质变性,种皮破裂,从而使种子失去活力。我国对粮食干燥研究较多,对种子干燥研究相对较少。研究种子干燥过程热动力学特性及其生理生化变化规律,建立科学合理的干燥技术,对种子干燥行业的发展有着重要的指导意义。论文研究水稻种子在不同温度和水分活度下的平衡含水量,并通过GAB、Halsey、Smith、Oswin、Herderson和修正的Chung-Post模型对水稻种子解吸数据进行拟合,发现GAB模型具有最大相关系数和最小误差,其最适合描述水稻种子的解吸过程。通过热动力学分析,得出最小积分熵来确定水稻种子储藏的最适含水量,并评估了焓-熵补偿理论对水稻种子解吸现象的适用性。研究水稻种子在不同温度下的薄层干燥曲线,结果发现Page模型、Two-term模型以及Midilli模型能够很好描述水稻种子薄层干燥特性,其中Page模型的拟合度最高。将水稻种子视为球体,有限圆柱体和立方体,并在此三个形状下分析干燥过程的有效扩散系数,研究发现有效扩散系数随着温度升高而增加,其规律符合阿伦乌尼斯方程,且在球体形状下获得的扩散系数与实验值最为接近。通过动态力学分析仪(DMA)在压缩模式下研究种子的应力松弛行为和动态黏弹性变化规律。研究发现松弛模量随着温度和水分的增加而降低,使用时间-温度-水分叠加原理可以获得松弛模量主曲线,广义的麦克斯韦模型可以很好地拟合松弛模量主曲线的实验数据(R2>0.997)。水稻种子的动态黏弹性受温度、含水量和频率的影响,温度和含水量的增加会降低水稻种子的储能模量和损耗模量,而频率的升高会增加水稻种子的储能模量和损耗模量。损耗模量和损耗因子随温度变化具有相似的趋势,即随温度的升高而增加,当达到峰值后开始下降。损耗因子的峰值所对应的温度随着种子含水量的增加而降低。通过在不同干燥条件下对种子进行干燥处理,研究干燥后水稻种子的生理生化变化特性及细胞超微结构变化规律。结果表明,在45℃条件下干燥水稻种子,由于打破了种子休眠期,其种子活力指数最高,随着干燥温度的增加,水稻种子的发芽率降低。水稻外壳颜色不随温度的变化而改变,但稻米表面颜色会随着温度增加而逐渐变黄。随着干燥温度升高,种子导电率逐渐增加。种子淀粉结构和胚细胞结构随着温度升高而严重受损。水稻种子活力与干燥过程中细胞结构的完整性密切相关。研究不同干燥条件下水稻种子的发芽率,分析种子起始含水量、干燥温度和干燥时间对种子发芽率的影响。通过多个模型对种子发芽数据进行拟合,研究表明改进的Giner1和2模型能够很好模拟干燥过程水稻种子的发芽率变化,用于预测水稻种子干燥后的发芽率。通过干燥-缓苏工艺对水稻种子进行干燥,探究高温缓苏干燥是否能够保持种子品质的可能性。研究表明:干燥-缓苏处理可以提高干燥效率,降低干燥时间,同时适当的干燥温度、干燥时间和缓苏时间可以打破种子休眠期,保持种子品质并提高种子发芽速率。
龙成树[10]2014年在《稻谷热泵干燥工艺及关键部件设计》文中研究说明热泵作为一种新型节能、高效、环保装置被广泛应用于空调、冷冻、干燥行业。而今,热泵在农产品干燥上显示出明显优势,适合于茶叶、水产品、腊肠以及热敏性农产品等的干燥加工。本文主要针对热泵稻谷干燥展开了相关研究,稻谷是一种热敏性农作物,适宜在较低温度下干燥脱水。通过测定湿度,改变热泵的温度、风速等稻谷干燥的主要影响因素,以GRJ型稻谷热泵干燥机为基础设计了实验装置,分别做了南方夏季高水分稻谷干燥实验、秋季稻变风速干燥实验,对干燥后的稻谷产品进行了发芽率实验和爆腰率检测实验。应用ANSYS软件对稻谷籽粒温度场的分布进行了模拟,对热泵稻谷干燥机的性能评价和干燥箱结构的选择进行分析。实验结果表明：1)当湿度为22.5±1g.kg-1,利用热泵稻谷干燥机干燥稻谷,稻谷的初始含水率对降水速率的影响很小,将稻谷含水率从29%降至14%的过程中,每小时平均降水百分率为恒定值。2)应用四种不同函数拟合干燥曲线,线性拟合下的R2值为最优；通过对平均干燥速率点的不同函数拟合,得到指数拟合更适合干燥速率曲线,并得到了风速为0.42m/s、0.58m/s、0.75m/s的干燥速率曲线方程,理论上可以用于推导对应风速下,温度35℃～50℃范围内任意平均干燥速率,用于指导实际生产。3)秋季稻谷热泵干燥可以利用变风速分程干燥的方法提高干燥速率和干燥效率,弥补热泵稻谷干燥机升温不足的难题。4)爆腰率实验,得到在当温度为35℃～45℃时,风速为0.42m/s～0.75m/s内,爆腰增值最大值为2.42%低于国家爆腰增值标准；当温度为50℃,风速为0.75m/s爆腰增值超出3%,故50℃时,应该将风速控制在0.70m/s以内。5)发芽率实验,得到温度为40℃-45℃时,能够较完好的保持稻谷的发芽率和发芽势。6)干燥箱角状盒应该在静应力分析的基础上,选择材料和厚度值,节约设备制造成本。
参考文献：
[1]. 水稻干燥品质的模拟和控制机理研究[D]. 刘木华. 中国农业大学. 2000
[2]. 水稻干燥和吸湿过程中裂纹机理的研究[C]. 李业波. 面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）. 1999
[3]. 谷物干燥品质控制机理及太阳能集热薄层谷物干燥技术研究[D]. 沈辉. 扬州大学. 2017
[4]. 稻谷干燥应力裂纹生成扩展及抑制的试验研究和机理分析[D]. 李栋. 中国农业大学. 2001
[5]. 水稻内部传热传质有限单元分析和应力裂纹机理研究[D]. 刘斌. 中国农业大学. 2000
[6]. 玉米过热蒸汽干燥特性及理化品质研究[D]. 乔柱. 河南工业大学. 2016
[7]. 粮食红外线辅助热风干燥工艺系统设计[D]. 王润发. 华南农业大学. 2016
[8]. 稻谷真空干燥品质控制机理及食味特性的研究[D]. 徐泽敏. 吉林大学. 2008
[9]. 水稻种子干燥热动力学分析及损伤机理研究[D]. 王攀. 中国农业大学. 2017
[10]. 稻谷热泵干燥工艺及关键部件设计[D]. 龙成树. 中南林业科技大学. 2014