稻谷干燥特征函数及其系统解析理论研究

As some mechanism of paddy drying energy consumption essence and quality formation are revealed, in which moisture migration is the spontaneous behavior of energy transformation and transfer is proved, the regularity that moisture binding energy can change with temperature and mass ratio is also present, lay the foundation for the formation of self-adaptive control theory system, as well as research on the selective absorption and field synergy mechanism of material. According to this, it will be further studied on the parameter variation rule and internal relation of drying system disturbance features, which include internal moisture, composition configuration, heat and mass state qualitative parameters, texture, structure, motion feature parameters, and started with global and structure, level, function and interaction mechanism of multi-field cooperation. It’s hopeful to get the characteristic function of paddy drying system, and solve out the analytical solution of uncertain system, as well get the mass transfer and transmit mechanism, so that the fundamental problems of self-adaptive control system can be dealt. For this purpose, our team will study around the associative mechanism of paddy drying system's comprehensive characteristic parameters, through theory and similarity experiment to test and systematically analysis, so that we can reveal internal relation and response pattern among drying system characteristic functions, study the theoretical expression and process calculating method of texture change, derive relevant criterion. Meanwhile, correlative mechanism among structure, functional characteristics, state parameter, drying criterion and process factors can be clarified basing on process characteristics and physical mechanism, and the final characteristic function of drying system and analytic solution of uncertain system will fill the theory vacancy of drying field.

稻谷干燥耗能本质及品质形成的一些机理已经揭示，证实了水分迁移是能量转换与传递的自发行为，呈现了水分结合能随温度、质量比变化的规律，为形成自适应控制理论体系，研究物料选择性吸收、场协同作用机理奠定了基础，依此，深一步研究干燥系扰动特征，内部水分、组态、热、质状态定性参数、质构、结构、运动特征参数变化规律及其内在联系，从整体与结构、层次及多场协同作用机制入手，有望获得能够完全表达稻谷干燥系热力学特征的状态函数，求得不确定系分析解，破解能质转换与传递、实现自适应控制重大基础难题。为此，本课题围绕稻谷干燥系综合特征参数间的关联机制，通过系统分析与相似试验考证，揭示干燥系特征参数间的内在联系及响应规律，研究质构变化理论表达与过程解算方法，导出相应准则、基于过程特性和物理机制，阐明结构与功能特征、状态参数、干燥准则和过程要素间内在的制约关系，得到稻谷干燥特征函数及不确定系分析解填补干燥领域理论空白。

粮食干燥关系国计民生和国家发展战略，其生态、经济、社会地位重要，但干燥是高能耗单元操作，涉及的学科门类很多，覆盖面极广。存在的共性关键问题是能耗高，效率低，开环控制，客观评价工艺装备系统的能效困难。技术瓶颈背后的核心科学问题是缺少水分结合能、汽化潜热系数、传递系数及干燥现象、机理函数的数学解、不仅导致装备系统存在诸多先天性的问题，也无法形成科学、公平、合理的评价标准。.干燥是大惯性、非线性、多变量物系，多种传递并存，与定量理想介质的情况存在本质的不同。基于热量、质量、动量单一行为建立的模型，得不到严格意义的传递系数数学解，在模型求解时，必须把过程的综合因素归结为常系数才能进行，这则不能保证积分结果与实际情况完全一致，而基于扩散动力学建立的机理函数，又存在活化能、指前因子和过程指数难以定量等理论问题。.水分活度是一切物料干燥的共同属性，自由能变化是评价一切物系传递和转换现象的共同尺度。基于这一客观事实，本研究得到了稻谷水分结合能的理论解，找到了解决复杂问题的突破口，揭示了干燥特征函数及其对应实际过程的状态变化、理论热耗和内部水分分布等数学解，得到了针对实际工艺装备系统，稻谷在不同介质条件下，经历的干燥过程间的相似准则数，进而，建立了干燥㶲理论评价体系。重要科学贡献有：.1. 首次给出了粮食水分结合能的理论解，摆脱了三大传递定律中的传递系数，给出了干燥现象的相似准则数，揭示了对应实际区间的干燥特征常数，克服了传统的理想气体常数和玻尔兹曼常数应用时的理论缺陷。.2. 首次给出了水分汽化潜热系数、物料内部水分分布和物系干燥状态变化特征函数对应实际过程的数学解，发展了热力学理论，为揭示干燥机理，实现优质高效节能干燥和智能控制奠定了理论基础。.3. 首次阐明了粮食干燥㶲传递和转换特征及其理论表达，为评价干燥系统的能量利用水平，制定科学地评价标准提供了统一的尺度，克服了现行的热效率评价方法上的理论缺陷。