甘蓝型油菜籽热风干燥传热传质与优化

Rape(Brassica Napus) is a plant both for oil production with high economic value and development potentials and for production of protein, feedstuff, honey and energy, and its developement and utilization lead to high comprehensive efficiency. If the rapeseed is not dried timely after harvest, it is easily overheated, rancid and mouldy, which may badly affect the physiological characteristics of rapeseed for seed purpose, or the disposing features and quality of the oil products. The heat and mass transfer while hot-air drying of rapeseed consists of coupling of multi-phase and multi-ingredient and humidity phase change. By choosing hot-air drying of rapeseed(Brassica Napus) as the research object, to build Porous Networks Model of the rapeseed based on characteristic parameters of porosity, pore specific diameter, and tortuosity, research on rules of heat-mass coupling, humidity move, and humidity phase change that are co-effected by molecular diffusion, pressure drive, and capillary drive will be conducted. By means of multi phase Eulerian Model, the hot-air drying dynamic model for the rapeseed will be set by adding the effects of heat-mass coupling, humidity move, and humidity phase change in the particle of the seed through user defined "Source" term for the purpose of simulation of the heat and mass transfer process of the hot-air drying of rapeseed under different geometrical drying domains and different drying parameters, and the design of hot-air drying equipment, drying technics, and process control of the rapeseed drying will be optimized. Drying characteristics, flow moving features, and the quality of the seed will be experimentally tested, then a hot-air dryer of small type will be developed.

油菜既是经济价值高、发展潜力大的油料作物，又是蛋白质、饲料、蜜源和能源作物，综合开发利用效益很高。油菜籽收获后若不及时干燥，极易发热、酸败及霉变，影响种用油菜籽的生理特性，以及制油用油菜籽的加工特性和制油品质。油菜籽热风干燥传热传质涉及多相多组分耦合及湿分相变。本项目以甘蓝型油菜籽热风干燥为对象，建立以孔隙率、孔道表征直径和孔道迂曲度为特征参数的孔道网络模型，研究籽粒内水分在分子扩散、压力驱动和毛细驱动共同作用下的热质耦合、湿分迁移及湿分相变规律。借助多相流欧拉模型，建立甘蓝型油菜籽热风干燥动力学模型，以用户自定义源项的方式加入籽粒内热质耦合、湿分迁移及湿分相变的影响，数值研究甘蓝型油菜籽热风干燥不同几何特征流场域、不同工艺参数的传热传质过程，优化油菜籽热风干燥装置设计、干燥工艺及过程控制。实验研究油菜籽热风干燥特性、流场特性和油菜籽品质变化，研制针对甘蓝型油菜籽的小型热风干燥装置。

油菜既是经济价值高、发展潜力大的油料作物，又是蛋白质、饲料、蜜源和能源作物，具有很高的综合开发利用价值。为保证油菜籽的种用安全、制油品质及储藏要求，需对油菜籽进行干燥。油菜籽的热风干燥传热传质过程涉及多相耦合及湿分相变，并对热风温度敏感。. 本项目以甘蓝型油菜籽热风干燥为对象，围绕干燥过程中“湿分”的变化，研究了甘蓝型油菜籽热风干燥传热传质特性和模型，通过实验研究得到甘蓝型油菜籽薄层热风干燥（包括其逆过程吸湿）的传热传质特性，通过数值研究得到油菜籽籽粒内微孔道不同长径比和迂曲度对传热传质过程的影响，从而获得了油菜籽热风干燥传热传质特性较为全面的描述。研制了针对甘蓝型油菜籽的小型热风干燥装置。主要研究结论如下：. （1）通过薄层热风干燥实验得到了在不同初始含水率、热风温度和风速条件下甘蓝型油菜籽的热风干燥特性及它们对油菜籽热风干燥过程的影响，运用多孔介质传热传质理论分析了甘蓝型油菜籽干燥过程出现这些现象和规律的原因。Page模型是描述油菜籽干燥特性的最佳数学模型，由Page模型预测的干燥特性曲线与实验所得干燥曲线一致性好，Page模型对甘蓝型油菜籽热风干燥具有较强的适用性。. （2）通过吸湿实验研究得到了甘蓝型油菜籽在不同温度和相对湿度条件下的吸湿特性，得到了温度和相对湿度对甘蓝型油菜籽吸湿特性的影响情况，分析了甘蓝型油菜籽籽粒吸湿过程出现这些现象和规律的原因。Peleg模型是描述油菜籽吸湿特性的最佳数学模型，通过Peleg模型计算分析得到了温度对临界相对湿度的影响。. （3）基于二维规则网络模型基本思想，构建了甘蓝型油菜籽籽粒内微孔道不同长径比和迂曲度的孔道模型，采用ANSYS Fluent混合物模型数值分析了油菜籽籽粒微尺度孔道内流体的传热传质过程，获悉了甘蓝型油菜籽干燥过程籽粒微孔道内的传热传质特点，以及孔道长径比和孔道迂曲度对油菜籽籽粒干燥过程的影响。. （4）从分层带式结构的原理出发，完成小型红外带式干燥机的机械结构设计及实物制作；根据干燥机的控制需求完成控制系统电路设计以及电气连接，通过Simulink仿真研究比较PID和模糊PID控制算法的控制性能，通过实验评价干燥机温度控制性能；通过静态和动态干燥实验讨论不同干燥温度、辐射距离、初始含水率和厚度对甘蓝型油菜籽干燥特性的影响。