基于水势的南疆红枣干燥过程水分迁移机理及控制策略研究

As the characteristic fruit of southern Xinjiang, jujube has become a pillar of Xinjiang economic development. However, the technology of dried automation and quality control for jujube has become a bottleneck in the industrial development of Xinjiang Province. This research intends to provide the drying theory of jujube based on water potential concept, and thus to reveal the heat and mass transfer characteristics, furthermore, which analysis the changes of drying quality. Combining the experimental research, the relationship of water potential and other drying parameters will be studied, in addition, the effect of water potential on drying rate and drying quality will be obtained. On the basis of heat and mass transfer partial differential equations (Bakker-Arkema model) to deep dry material for the references, the mathematical model for moisture detection and quality evaluation of drying jujube will be build, accordingly, the simulation system of drying jujube can be constructed by the core quality control. Therefore, this research can provide the basis for the realization of automatic control of jujube drying quality, optimize drying technology, and has an important research significance of academic and engineering applications.

红枣作为南疆地区特色林果之一，已成为新疆经济发展的支柱产业。然而，红枣干燥自动化和干燥品质控制技术已成为新疆红枣产业发展的瓶颈问题。本项目拟采用水势的概念和理论，构建红枣干燥理论，揭示干燥过程中传热传质规律和品质变化规律；结合实验，研究诸干燥参数与水势之间的关系，水势与干燥速率和干燥品质之间的关系；在参考粮食等物料深层干燥传热传质偏微分方程（Bakker－Arkema模型）的基础上，建立基于水势的红枣深层干燥数学模型及干燥品质模型，以品质控制为核心，开发红枣干燥实物模拟系统，为红枣干燥过程品质控制的自动化、信息化和智能化水平提供理论和技术支持，具有重要的学术研究意义和工程应用价值。

针对南疆红枣干燥自动化和干燥品质控制技术进行研究，基于水势的概念和理论，分析了干燥过程中传热传质特性和品质变化规律，建立基于水势的红枣干燥数学模型及干燥品质模型，开发红枣干燥实物模拟系统，为干燥过程的数字化分析和干燥装备的数字化设计提供数值解析方法。结合实验，研究诸干燥参数与水势之间的关系，水势与干燥速率和干燥品质之间的关系；在参考粮食等物料深层干燥传热传质偏微分方程（Bakker－Arkema模型）的基础上，建立基于水势的红枣深层干燥数学模型及干燥品质模型，以品质控制为核心，开发红枣干燥实物模拟系统，为红枣干燥过程品质控制的自动化、信息化和智能化水平提供理论和技术支持。.经过研究，基于水势的概念，对红枣干燥进行了多因素影响的实验，建立了不同风速、不同温度、不同湿度下的红枣干燥动力学模型；对红枣干燥过程中的传热传质特性和品质变化规律进行了深入研究，揭示了干燥过程中传热传质规律和品质变化规律；基于调质干燥机研究了干燥温度、风速和相对湿度对红枣干燥后的内在品质指标总糖含量、VC保存率的影响；对红枣热风干燥收缩特性进行研究，通过二次回归中心组合设计试验，获得了干燥温度、风速和相对湿度主要参数对体积收缩率、复水率和干燥时间影响的数学模型，并结合数学模型进行了响应曲面分析；最后，通过热风干燥技术与工业PLC自动化技术相结合，设计了一种调质红枣干燥系统，该干燥系统具有传热系数高、物料受热均匀、节能环保、单位体积装载量高等特点。干燥系统采用保温隔热、热空气循环利用以及物料间歇循环等设计思路，干燥控制系统能够实现对干燥温度、风速、相对湿度和循环转速等干燥工艺参数的监测与控制。