生物多孔介质热风微波耦合均匀干燥特性及热质传递规律研究

Drying is high-energy consumption and complicated heat and mass transfer process. It takes long time to dry and is low thermal efficiency for the traditional hot-air drying. It is uneven drying, and the quality of products is poor in the microwave drying. All of these characteristics limit the development and promotion of many agricultural products. Coupled hot-air-microwave-drying (CHAMD) technology is a new type of technology, which has obvious advantages in saving energy and improving the thermal efficiency and product quality. Bio-porous materials were dried by CMHAD equipment to investigate drying uniformity and heat and mass transfer of CHMAD for bio-porous materials. The uniformity and mechanism of CHAMD were studied by dielectric properties of the materials, moisture and color difference changes. By the on-line detection of internal water distribution, diffusion coefficient and internal heat distribution for bio-porous materials, mathematical model of temperature and humidity field for CHAMD was established. The method of finite element was used for numerical simulation. Mechanism of heat and mass transfer was revealed basing on different energy rate of hot-air and microwave, shape，size and drying stages. Mathematical model of heat and mass transfer of CHMAD for bio-porous materials was established. The results provide a new way and theory basis to get high quality dehydrated dry products by less energy consumption and low cost.

根据节能、高效和高品质的农产品开发和推广的要求，针对干燥能耗高、传热传质复杂，传统热风干燥时间长、热效率低，而微波干燥不均匀、产品品质差等问题，利用新型干燥技术-热风微波耦合干燥生物多孔介质，重点研究生物多孔介质热风微波干燥均匀特性及其热质传递规律。通过物料介电特性、干燥水分和色差变化，研究热风微波耦合干燥均匀情况及均匀机理；在线检测物料内部水分分布、扩散系数大小和物料内部热分布情况，建立热风微波耦合干燥生物多孔介质的温度场和湿度场的理论数学模型；应用有限元进行计算机数值模拟，揭示不同热风和微波的能量比、不同形状和尺寸大小、不同干燥阶段的内部热、质传递的机理，建立热风微波耦合干燥的传热传质数学模型。研究结果将为用低能耗和低成本去获得优质的脱水干燥产品提供一条新的途径和技术，为农产品储藏干燥及综合利用提供重要的理论依据。

根据节能、高效和高品质的农产品开发和推广的要求，针对干燥能耗高、传热质复杂，传统热风干燥时间长、热效率低，而微波干燥不均匀、产品品质差等问题，利用新型干燥技术-热风微波耦合干燥生物多孔介质，重点研究生物多孔介质热风微波干燥均匀特性及其热质传递规律。.本项目探索了不同频率、不同温度、不同含水率、不同微波与热风能量比的介电常数以及介电损耗因子的变化；通过干燥物料的水分及色差变化，研究热风微波耦合干燥均匀情况及均匀机理。项目基于一种同轴探头网络分析仪和混合方程的方法研究微波加热馒头、黑莓和银杏粉、年糕片及芋艿的介电特性，研究了随影响因素：频率范围915~2450MHz、不同含水率和温度介电特性的变化规律及微波摄入深度；并通过变色硅胶随水分变色的性质及热成像仪，研究了变色硅胶在水平和垂直方向的干燥均匀性，微波功率和热风温度对热风微波耦合干燥均匀性的影响。. 项目研究了热风微波耦合干燥的热质传递模型的研究。通过在线检测物料内部水分分布和物料内部热分布情况，建立热风微波耦合干燥生物多孔介质的温度场和湿度场的理论数学模型；揭示不同热风和微波的能量比、不同形状、尺寸大小和不同干燥阶段物料内部热、质传递的机理，温度和湿度的变化及其它们之间的耦合变化关系，得出生物多孔介质的有效扩散系数及活化能影响因子；建立热风微波耦合干燥的传质数学模型。建立了电磁与传热耦合的仿真模型，通过比较不同转速对仿真结果的影响，选用7.5rpm作为转盘转速。当微波功率为700W时，组合样品的仿真结果显示，经过90s的微波加热，空间温度场分布和瞬态温度曲线与实验结果保持一致，微波仿真组合样品的模型是可行的；研究了排湿压力对微波干燥过程的影响规律及苹果微波干燥的变温控制方法。.比较了单热风干燥、单微波干燥与热风微波耦合干燥的热质传递过程，建立科学的生物多孔介质的热风微波耦合工艺参数。比较了不同干燥方法对荔枝干燥特性、营养和质构的影响；实验得到苹果、中药材的微波干燥优选方案。. 项目研究取得了预期成果，达到了预期目标（包括：申获科研进步奖3项；申请发明专利3项，申获发明专利2项；发表国际期刊SCI论文4篇，EI 3篇，国内CSCD论文8篇；参加国内外会议4次）。研究结果将为用低能耗和低成本去获得优质的脱水干燥产品提供一条新的途径和技术，为农产品储藏干燥及综合利用提供重要的理论依据。