刘斌[1]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》文中研究表明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。
黄小丽[2]2014年在《稻谷过热蒸汽干燥过程中的力学及干燥动力学特性研究》文中指出针对高水分早稻干燥时间长、能耗大的问题,开展高水分早稻过热蒸汽干燥的生物材料力学及干燥特性探索研究,为过热蒸汽应用于干燥高水分谷物奠定理论研究基础。本文主要研究内容及结论如下：1.在自行搭建的过热蒸汽循环干燥实验台进行高水分稻谷过热蒸汽薄层干燥实验,获得稻谷经验水分有效扩散系数Deff,数量级为10-9m2/s。2.对干燥实验所得样品进行接触应力实验,获得稻米力-变形曲线和弹性模量。当湿基含水率大于0.235kg/kg时,稻米受力随变形线性增加,呈现出橡胶态特性,可承受较大变形；当湿基含水率在0.16～0.235kg/kg之间,稻米力-变形曲线呈现弹塑性变形特性；当湿基含水率低于0.16kg/kg时,稻米明显变脆,呈现出玻璃态特性,只能发生小变形；干基含水率在0.25kg/kg以上时,稻米弹性模量较小,低于20MPa,而此含水率以下,弹性模量剧增至100MPa以上；不同温度的过热蒸汽干燥所得稻米弹性模量无显著差异,分段建立稻米弹性模量与含水率的关系式。3.将稻谷看作是由稻壳和糙米构成的三轴不等的弹性椭球体,基于热质传递原理和弹性力学理论,构建三维传热、传质、应力数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件求解方程组,得到过热蒸汽干燥过程中稻米内部温度、水分和应力分布及变化情况。4.以常压下150℃过热蒸汽干燥高水分稻谷模拟结果为例分析,结果表明,模拟结果与实际总体相符。过热蒸汽干燥2分钟左右稻米内部温度基本均匀分布,并到达干燥介质温度；稻米内部水分分布不均匀,水分梯度大小排序：厚度方向>宽度方向>长度方向,但水分梯度值在三方向上变化趋势相同,随着水分下降先增大后减小,由表及里水分梯度依次减小；干燥中,稻米外层受到拉伸应力,内层受到压缩应力,应力随着干燥进行逐渐下降,应力(第一主应力)最大值数量级为106Pa,其中芯部受到的压缩应力值较大,表层受到的拉应力值较小。整个干燥过程中,稻米内部存在两个应力集中区：厚度方向的表层区和中心区。5与热风干燥(50℃,相对湿度22%,风速0.5m/s)高水分稻谷爆腰增率33%相比较,140～180℃过热蒸汽干燥,稻米腰增率明显下降,其值不超过12%。过热蒸汽干燥作为饲料用粮的高水分早稻具有推广应用价值。
刘斌, 李业波, 毛志怀[3]2000年在《水稻吸湿过程的内部传质及裂纹机理研究》文中进行了进一步梳理假定水稻为复合椭球体 ,在圆柱坐标下 ,利用有限元法 ,通过改进的传质模型和粘弹性力学模型 ,对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 :水稻吸湿时 ,表层含水率很快达到平衡水分 ,中心含水率变化缓慢 ;水稻颗粒中心所受拉应力最大 ,表层所受压应力最大 ,沿颗粒横向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。利用吸湿实验对模拟结果进行了间接验证。
孔宁华[4]2013年在《基于实体模型的玉米颗粒热风干燥模拟研究》文中进行了进一步梳理干燥是人类社会生活、生产中一项重要的应用技术。以数学模拟方法针对被干燥物料内部的干燥过程进行研究,能够对生产、实验中难以直接观测的现象进行深入的剖析。这种方法能够节省研究成本和时间,为干燥技术发展提供理论依据和借鉴。目前基于三维实体模型针对被干燥物料进行干燥过程模拟的研究方法已成为国际干燥领域的研究热点。本文选用玉米颗粒为研究对象,基于三维实体模型,对其热风干燥过程进行模拟研究。本文首次采用高精度医用CT机扫描玉米颗粒,基于影像处理技术获得了研究对象的三维模型。借助Mimics、ANSYS软件,依次完成单体影像提取、表面重构、实体化处理等作业,建立了具有实体特征的玉米颗粒三维模型。使用该方法建模获得图像方便快捷,实体建模方法操作简单。本文建立了三维传热传质数学模型,采用傅里叶传热方程和菲克第二扩散定律作为控制方程,其导热系数,扩散系数,表面传热系数和表面传质系数均定义为考虑热质耦合的多变量函数；模拟计算使用COMSOL Multiphysics软件完成,获得了玉米颗粒内部温度场,湿度场的变化规律。通过将三维模型的模拟结果分别与实验结果和二维模型的模拟结果相对比,验证了三维实体干燥模型具有优越性与实用性。本文利用弹性力学,材料力学及粘弹性力学知识,建立了玉米颗粒内部三维应力数学模型。在传热传质模拟研究的基础上,使用COMSOL Multiphysics软件完成了热应力,湿应力及总应力的模拟计算,对于干燥过程中玉米颗粒内部极限应力值,应力分布以及产生原因进行了分析。利用本文三维干燥传热传质模型和应力模型,通过模拟计算,深入讨论了热风温度、物料初始湿含量和热风风速等干燥工艺参数对对单体玉米颗粒干燥特性参数和应力的影响。阐释了干燥条件变化对干燥过程的影响规律。同时推导出单位面积的耗能公式,分析了干燥条件对于干燥过程中耗能的影响,为干燥节能改进提供理论依据和借鉴。
尹丽妍[5]2011年在《基于水势的玉米真空干燥传热传质模型及介电特性的研究》文中研究表明目前粮食真空连续干燥机械装置已经研制成功,粮食低温真空连续干燥的有效性得到证实,而该技术的深入发展受到自动检测和控制技术落后的严重制约。粮食低温真空连续自动检测和控制技术的基础是真空条件下生物多孔介质介电特性和传热传质的研究,这方面的基础研究相当缺乏。而真空条件粮食介电特性的测量与粮食在常规条件下的介电特性有很大的区别。与普通热风干燥条件下的介电特性比较,在真空连续干燥条件下的介电特性存在影响因素更多、数学模型建立难度大、过程参数探测难度大、信号干扰大等特点,另外,由于真空压强的介入,粮食颗粒传热传质的分析也发生改变,因此,有必要研究真空干燥条件下粮食的介电特性和传热传质特性,进而为改进真空干燥技术和连续干燥设备,优化干噪工艺,提高粮食干燥品质和干燥效率提供依据和参考,为实现粮食真空干燥自动化控制奠定基础。本文基于水势分析了真空干燥条件下玉米传热传质和应力的变化情况,并在设计叉指式平板电容介电参数检测元件的基础上,构建了真空状态下的介电测试系统,实验研究了玉米介电特性的变化规律,为真空干燥过程测试控制提供了基础。本文的研究工作是依托于国家自然基金项目“低温真空连续干燥条件下粮食介电特性及水分检测和控制”中的部分内容,从理论和试验两方面研究真空干燥介电特性变化、传热传质和应力变化过程。全文的主要内容如下：1)基于水势理论,根据热力学第一定律分析了单粒玉米真空干燥传热传质特性,建立了数学模型并利用差分解析法进行数值解析,得到真空干燥条件下传热传质的模拟系统,该系统操作性强,性能可靠,可通过输入初始物料物理参数和干燥条件,直接模拟出玉米内部温度、水分、压强及水势的分布情况和该籽粒的平均温度和平均水分值,由于对于单粒玉米来说,真空干燥室内提供的能量足够大,粮温的变化表现出的是持续增加的趋势直至达到干燥箱温度。2)在单粒玉米真空干燥传热传质的基础上,分析了深床玉米真空干燥传热传质特性,并进行模拟分析,与单粒玉米传热传质分析相比,粮温的变化有一恒温阶段,是由于真空干燥室内提供的热量有一段时间全部用来水分蒸发,所以在研究深床真空干燥时加入了该条件的限制,该模型能较好的模拟传热传质过程。建立了真空干燥过程中质热传递的模拟系统。由于该模型综合考虑了压强、温度和水分对质热传递的影响,输入其他物料的初始参数,也可应用于其他物料的真空干燥。另外,模型经变形亦可应用于其他干燥方式,如热风干燥、微波干燥等。3)基于水势理论对真空干燥的玉米进行应力分析和预测,真空干燥的玉米颗粒内部应力比热风干燥所受应力小得多,为了更好的避免应力裂纹的产生,对真空干燥加入缓苏阶段,并可通过模型对缓苏时间进行确定,即可保证干燥品质又可保证干燥效率。4)以叉指式电容板作为水分传感器的主要元件,利用LCR测试仪检测玉米真空干燥条件下的介电特性,结果表明,真空度对粮食介电特性有较大的影响,为了更好的考虑综合因素对粮食介电特性的影响,在这里引入了水势的概念,得到玉米水势与介电特性的关系,并分析了粮食的介电特性在真空中和大气压下介电特性的差别。5)根据介电特性的试验数据,利用剔除粗大误差的方法得到有效数据,再对有效数据进行神经网络数据融合,并通过试验进行了验证分析。
刘木华[6]2000年在《水稻干燥品质的模拟和控制机理研究》文中提出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。
陈江[7]2010年在《仓储环境下稻谷裂纹的生成与扩展机理》文中进行了进一步梳理近年来仓储作业中的谷物损伤问题日益突出,严重制约了我国绿色储粮技术的发展。论文以稻谷聚集体为研究对象,通过对谷物裂纹生成与扩展机理的系统研究,探明了仓储过程中与稻谷裂纹产生相关的因果变量间的内在联系,以期为仓储工艺的优化提供必要的理论支撑。主要工作内容如下:1)利用多分子层吸附理论、多孔介质传热传质理论及应力学说并结合相关实验分析了温湿度对稻谷吸湿过程和稻谷吸湿裂纹产生的影响。结果如下:对于长时间的吸湿过程而言,空气相对湿度变化对稻谷整个吸湿过程均有影响,而空气温度变化只对稻谷的表层吸湿影响显著;空气相对湿度越大,空气温度越高,稻谷吸湿裂纹形成的越快,原因在于稻谷籽粒的分层吸湿加剧了谷粒内部的不均匀膨胀。2)以单裂率、双裂率及龟裂率间增长趋势的差异为指标试验研究了裂纹形成机制随吸湿时间的变化规律,并针对垩白这种谷粒内典型的微裂纹形式,分析了其在不同热力学环境下对裂纹生成与扩展的影响,结果表明:稻谷吸湿过程的前期,拉应力机制处于主导裂纹形成的地位,吸湿后期,微裂纹机制处于主导地位,两者间存在一个过渡阶段,在过渡阶段,所有影响因素的作用均会被削弱。3)将稻谷裂纹的生成看作籽粒内微缺陷扩展而成,建立了裂纹扩展分形模型,给出了分形模型背景下裂纹扩展的判据,推导出吸湿情况下断裂面的表面能,分析了分形模型的动力学特性。结果表明:吸湿性裂纹扩展路径通过淀粉颗粒,且宏观扩展方向受分形效应影响;在吸湿膨胀且未进入玻璃态的情况下,淀粉对稻谷抗裂能力影响的本质是淀粉平均相对分子质量Mr存在差异。4)将稻谷静态仓储的裂纹增值过程划分为两个时段:准静态仓储阶段和机械通风阶段,基于薄层谷物概念建立了相应的ANFIS映射关系;为确定薄层模型的输入变量,将颗粒堆放结构视为一种非固结多孔介质孔道网络,分析了孔道网络结构的力学特性,并结合多孔介质传热传质理论导出了谷物系统热质传递模型;最后,给出了静置缓释特性方程及空气经风机加热的温湿度变化。5)从谷粒裂纹量化程度的角度对国内外关于稻谷裂纹的研究进行了分类,在此基础上,探讨了与稻谷产生裂纹相关仓储工艺设备的破坏应力和能耗。
肖威[8]2007年在《常温下稻米湿应力场物理参数及裂纹机理的试验研究》文中指出稻米是我国主要的粮食作物，稻米品质的高低直接影响到人们的生活质量。稻米籽粒在成熟、收割、脱粒、干燥、贮存、加工等过程中会存在各种机械损伤，关于干燥过程应力裂纹已有许多研究。但在常温下也经常出现由于贮藏环境温度或湿度控制的不适，谷粒吸湿或解湿，产生应力裂纹，降低产品等级，造成经济损失，而这方面的研究报道很少，所建立的基本方程中许多参数在国内还很少被研究过，本文研究稻米籽粒湿应力场的主要物理特性参数及湿应力裂纹机理，掌握稻米籽粒水分传递的规律与籽粒材料本身机械强度、变形、裂纹等之间的关系，对稻米产品的质量控制、减少湿应力损伤，提高产品品质，有重要的意义。研究、采用了合适的盐溶液及不同浓度的酸溶液调节稻米含水率、制取不同含水率稻米试样的方法；研制了测量稻米材料机械物理特性时使用的保温保湿箱、适用于稻米试件使用的拉伸和弯曲试验装置；配置了暗箱、CCD摄像机、竖直与水平摄像装置及计算机图像采集系统等；进行稻米机械物理特性和水分传递特性的各种预备试验，得到：稻米的抗拉强度远小于抗压强度而拉压时的弹性模量、泊松比相差不大，稻米籽粒的拉伸试验难度极大，成功率很低，可以用籽粒的弯曲试验代替拉伸试验研究籽粒材料的拉伸特性；探讨试验研究方法及其可行性，制定了合理的稻米湿应力场试验研究方案。进行了4个品种稻米等截面柱形试件的单轴压缩和拉伸试验，获得了压缩和拉伸时的应力—应变关系曲线，强度极限、弹性模量和泊松比等物理参数，及其各指标随含水率变化的的趋势；稻米的强度极限、弹性模量和泊松比，随含水率的增加而减小。进行了完整稻米籽粒的弯曲试验，通过对4个品种稻米的弯曲试验，分别获得了稻米籽粒在弯曲时的抗拉强度极限和弹性模量，建立了稻米含水率与弯曲特性指标之间的关系。试验研究得到：相同品种、相同含水率下稻米籽粒的抗压强度要远大于稻米籽粒的抗拉强度，而两种试验方法得到的稻米的弹性模量和泊松比数值相近，说明当稻米处在吸湿或解吸的环境时，稻米籽粒内部形成“内拉外压”或“内压外拉”的受力状态，无论是什么样的应力状态，稻米湿应力裂纹都是由于籽粒内拉伸应力达到了籽粒的抗拉强度极限而发生的。研制了稻米籽粒湿线膨胀系数试验装置，采用图像分析技术对稻米籽粒湿线膨胀系数进行了试验研究，获得4个品种稻米在不同含水率范围内的湿线膨胀系数，并且发现稻米籽粒长方向湿线膨胀系数数值要大于宽方向。在相同含水率变化下，稻米籽粒在长方向的膨胀量会大于宽方向，所以稻米籽粒发生断裂时，裂纹的产生都是垂直于长方向发生的。利用动态图像分析的方法，观察稻米籽粒在吸湿或解吸过程，获得稻米籽粒在开裂前，稻米含水率—吸湿时间—外形尺寸三者之间的关系，得出稻米籽粒水分扩散系数及其与吸湿时间的关系，并且估算出在任意时刻，稻米籽粒的表层含水率、吸湿深度和籽粒内部的水分梯度；建立不同环境相对湿度下，籽粒的安全贮藏含水率范围，为稻米的贮藏提供参考数据。将稻米机械物理特性与水分传递特性试验研究结果相结合，探讨常温下稻米籽粒湿应力裂纹产生的机理，分别作了稻米籽粒内湿度场的理论分析及三角形单元的有限元分析，采用试验所获得的弹性模量、泊松比、湿线膨胀系数、水分扩散系数等稻米籽粒材料湿应力场的物理参数为实常数、并建立椭球形稻米籽粒有限元实体模型、以环境湿度及稻米初始含水率为边界条件、初始条件，采用ANSYS大型通用有限元分析软件，进行了稻米籽粒湿度场的有限元数值模拟分析，并将湿度场的有限元模拟结果作为湿度载荷施加到有限元椭球模型上，进行稻米籽粒的湿应力场的有限元模拟，获得了与稻米应力裂纹动态产生观察位置相近的结果，给出了稻米籽粒在吸湿时籽粒内部的湿应力—应变场的分布情况。预测湿应力裂纹的发生、发展：吸湿时拉应力集中位置在籽粒的横截面中部，预示湿应力裂纹将从心部发生并沿横截面径向发展，最终将会形成沿横方向的断裂，本研究为稻米籽粒在常温下的湿应力裂纹机理研究提供了新的理论、方法及需要的物理参数等重要信息。本文在研究方法上多次应用了图像处理、小波分析等现代科技；自行研制了多种试验装置，解决稻米机械物理特性与水分传递特性参数测量中的难题；采用具有相当难度的弹性理论中的加权余量法建立稻米籽粒的湿度场、湿应力场的基本理论并进行有限元单元分析；用试验研究所得到的弹性模量、泊松比、湿线膨胀系数、水分扩散系数湿应力场的物理参数为实常数、并首次采用由胚乳缺口的椭球形稻米籽粒有限元实体模型、以环境湿度及稻米初始含水率为边界条件、初始条件，由ANSYS大型通用有限元分析软件，进行稻米内湿度场数值模拟，并以获得的水分分布作为湿应力场的湿载荷初始条件，进行湿应力场数值模拟，得到在环境湿度及稻米初始含水率下，一定时间以后籽粒内部的湿应力场分布，结果可见拉应力集中部位与实际试验研究中湿应力裂纹的部位是接近的，验证了籽粒内湿度场分析理论和有限元数值模拟的正确性。论文的创新之处为由试验研究首次获得了稻米籽粒的湿线膨胀系数，稻米籽粒内水分扩散系数、估算了吸湿过程中稻米籽粒出现湿应力裂纹处的水分梯度极限范围等以往研究中没有的各种湿应力场有关的物理参数；并将物料的机械物理特性、水分传导特性及所建立的湿度场、湿应力场理论三方面相结合分析稻米湿应力裂纹机理；尝试进行了稻米籽粒湿度场和湿应力应变场的有限元数值模拟分析。研究结果对稻米产品在成熟、收割、脱粒、干燥、贮存、加工等各环节的工艺过程的制定将会起重要的指导作用。
雷隽卿[9]2000年在《平面粘弹性体热—湿应力有限元法及应用研究》文中进行了进一步梳理温度和湿度的变化，将引起粘弹性材料内部的热-湿应力，对于某些问题，这种应力会导致材料破坏，因而是很重要的。 本文的研究内容包括两个方面：首先研究了平面瞬态热-湿耦合问题，并编制了相应的有限元程序；然后，在此基础上，对平面热-湿粘弹性应力问题进行了研究。以粘弹性材料的积分松弛型本构关系为基础，推导了平面八节点等参单元的粘弹性体应力计算公式。当材料物性参数为时间、温度、湿度的函数时，给出了记忆应变历史的粘弹性增量型本构关系。根据所导出的有限元公式，本文编制了相应的平面热-湿粘弹性有限元程序。应用本文所编制的有限元程序，在不同的干燥温度下，分别计算了玉米颗粒纵剖面和横剖面内部的热-湿应力，分析了干燥过程中玉米颗粒内部各组成部分（角质胚乳、胚芽、粉质胚乳）应力随时间的变化，并给出了最大拉应力所在的位置。 根据本文的计算结果与实验结果比较，能够解释干燥过程中玉米裂纹首先出现的位置。
张志军[10]2009年在《玉米真空干燥特性的研究》文中提出我国东北地区是玉米的主要产区,每年冬季都有大量的玉米需要干燥到安全水分。玉米真空干燥具有干燥品质好、干燥温度低、节能、环保等优点；而连续式真空干燥可以提高玉米干燥的效率和产量。目前,玉米真空干燥技术取得了—定的成果,但是在理论研究上还存在缺陷和不足。本文以国家十一五安全绿色储粮关键技术研究开发与示范科技支撑项目“粮食干燥新技术装备和设施研究开发与示范”(2006BAD08B06)为依托,在与郑州粮食科学研究院多次研究探讨的基础上,以玉米真空干燥过程为研究对象,通过对玉米静态真空干燥特性(静态真空干燥实验和玉米真空干燥内部传热传质特性)和玉米动态真空干燥特性(动态真空干燥实验、玉米在干燥仓内的流动特性和干燥仓内的气体流场)的理论与实验研究,深入了解玉米真空干燥的特性,为解决玉米真空干燥存在的问题,促进该技术早日实现工业化应用,从而为降低能耗,保护环境,提高被干燥产品品质作出努力。本文的主要研究内容如下：在实验室的箱式真空干燥机上开展了玉米静态真空干燥的试验研究,研究了温度、真空度、水分和料层厚度对玉米真空干燥速率、裂纹率和发芽率的影响；采用正交实验方法确定了玉米真空干燥的最佳工艺条件。对干燥前、自然干燥和真空干燥的玉米样品的外观形态进行了对比观察,发现真空干燥的玉米的软质胚乳部位有明显的凸起。将玉米籽粒内部视为多孔结构,采用多孔介质传热传质理论建立了玉米内部的热质传递模型,该模型考虑了压力梯度下的水分迁移；模型采用二维有限元方法进行了求解,得到了真空干燥条件下的玉米内部的温度、水分和压力分布规律。采用黏弹性材料的力学性质,结合温度、水分和压力,研究了玉米真空干燥过程中的温度应力、湿度应力和压力梯度。在中试型玉米连续式真空干燥设备上,采用2007年自然收获的高水分东北玉米开展了相关的动态实验研究。通过实验结果和干燥过程中干燥仓内的温度监测曲线,对比研究了蒸汽供热和热水供热两种条件下的玉米连续干燥特性；用热水供热时,整个干燥仓内供热均匀,玉米的出机温度在38℃左右,玉米的水分在3个小时左右就达到了14%,出机玉米的质量较好,色泽正常,测量其容重为723kg/m3；实验确定了该干燥设备的性能,并提出了设备的改进方案。采用离散单元法对被干燥物料在塔形连续式真空干燥仓内的流动混合特性进行了研究,并与实验结果相验证。在此基础上,通过模拟确定了物料在干燥仓内不会堵塞的条件,即物料的最大直径与干燥仓内的菱形管间距之间的关系；研究了干燥仓内物料的停留时间一致性；确定了干燥仓内物料的横向混合特性；为改进颗粒物料的横向混合特性,提出并设计了导流板结构。塔形真空干燥仓内的气体流动是颗粒物料干燥过程中外部传质的重要条件,因此通过数值模拟的方法研究了塔形真空干燥仓内的气体流场。研究应用计算流体力学(CFD)方法,采用标准k-ε紊流模型,将干燥仓内的物料区视为多孔介质,利用达西定律、Ergun方程和多孔介质界面跳跃条件,建立了干燥仓内部气体流动三维数学模型,采用计算流体力学软件Fluent进行数值求解。通过分析干燥仓内的气流方向,压力和速度分布,确定了干燥仓所应设置的抽气口位置、数量和抽气口应采取的真空度配置方案。
参考文献：
[1]. 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
[2]. 稻谷过热蒸汽干燥过程中的力学及干燥动力学特性研究[D]. 黄小丽. 中国农业大学. 2014
[3]. 水稻吸湿过程的内部传质及裂纹机理研究[J]. 刘斌, 李业波, 毛志怀. 农业工程学报. 2000
[4]. 基于实体模型的玉米颗粒热风干燥模拟研究[D]. 孔宁华. 东北大学. 2013
[5]. 基于水势的玉米真空干燥传热传质模型及介电特性的研究[D]. 尹丽妍. 吉林大学. 2011
[6]. 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
[7]. 仓储环境下稻谷裂纹的生成与扩展机理[D]. 陈江. 南京财经大学. 2010
[8]. 常温下稻米湿应力场物理参数及裂纹机理的试验研究[D]. 肖威. 东北农业大学. 2007
[9]. 平面粘弹性体热—湿应力有限元法及应用研究[D]. 雷隽卿. 中国农业大学. 2000
[10]. 玉米真空干燥特性的研究[D]. 张志军. 东北大学. 2009
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