甘藍型油菜籽熱風乾燥傳熱傳質與最佳化

《甘藍型油菜籽熱風乾燥傳熱傳質與最佳化》是依託西南大學，由楊玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：甘藍型油菜籽熱風乾燥傳熱傳質與最佳化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊玲
• 依託單位：西南大學

項目摘要

油菜既是經濟價值高、發展潛力大的油料作物，又是蛋白質、飼料、蜜源和能源作物，綜合開發利用效益很高。油菜籽收穫後若不及時乾燥，極易發熱、酸敗及霉變，影響種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質。油菜籽熱風乾燥傳熱傳質涉及多相多組分耦合及濕分相變。本項目以甘藍型油菜籽熱風乾燥為對象，建立以孔隙率、孔道表征直徑和孔道迂曲度為特徵參數的孔道網路模型，研究籽粒內水分在分子擴散、壓力驅動和毛細驅動共同作用下的熱質耦合、濕分遷移及濕分相變規律。藉助多相流歐拉模型，建立甘藍型油菜籽熱風乾燥動力學模型，以用戶自定義源項的方式加入籽粒內熱質耦合、濕分遷移及濕分相變的影響，數值研究甘藍型油菜籽熱風乾燥不同幾何特徵流場域、不同工藝參數的傳熱傳質過程，最佳化油菜籽熱風乾燥裝置設計、乾燥工藝及過程控制。實驗研究油菜籽熱風乾燥特性、流場特性和油菜籽品質變化，研製針對甘藍型油菜籽的小型熱風乾燥裝置。

結題摘要

油菜既是經濟價值高、發展潛力大的油料作物，又是蛋白質、飼料、蜜源和能源作物，具有很高的綜合開發利用價值。為保證油菜籽的種用安全、制油品質及儲藏要求，需對油菜籽進行乾燥。油菜籽的熱風乾燥傳熱傳質過程涉及多相耦合及濕分相變，並對熱風溫度敏感。本項目以甘藍型油菜籽熱風乾燥為對象，圍繞乾燥過程中“濕分”的變化，研究了甘藍型油菜籽熱風乾燥傳熱傳質特性和模型，通過實驗研究得到甘藍型油菜籽薄層熱風乾燥（包括其逆過程吸濕）的傳熱傳質特性，通過數值研究得到油菜籽籽粒內微孔道不同長徑比和迂曲度對傳熱傳質過程的影響，從而獲得了油菜籽熱風乾燥傳熱傳質特性較為全面的描述。研製了針對甘藍型油菜籽的小型熱風乾燥裝置。主要研究結論如下：（1）通過薄層熱風乾燥實驗得到了在不同初始含水率、熱風溫度和風速條件下甘藍型油菜籽的熱風乾燥特性及它們對油菜籽熱風乾燥過程的影響，運用多孔介質傳熱傳質理論分析了甘藍型油菜籽乾燥過程出現這些現象和規律的原因。Page模型是描述油菜籽乾燥特性的最佳數學模型，由Page模型預測的乾燥特性曲線與實驗所得乾燥曲線一致性好，Page模型對甘藍型油菜籽熱風乾燥具有較強的適用性。（2）通過吸濕實驗研究得到了甘藍型油菜籽在不同溫度和相對濕度條件下的吸濕特性，得到了溫度和相對濕度對甘藍型油菜籽吸濕特性的影響情況，分析了甘藍型油菜籽籽粒吸濕過程出現這些現象和規律的原因。Peleg模型是描述油菜籽吸濕特性的最佳數學模型，通過Peleg模型計算分析得到了溫度對臨界相對濕度的影響。（3）基於二維規則網路模型基本思想，構建了甘藍型油菜籽籽粒內微孔道不同長徑比和迂曲度的孔道模型，採用ANSYS Fluent混合物模型數值分析了油菜籽籽粒微尺度孔道內流體的傳熱傳質過程，獲悉了甘藍型油菜籽乾燥過程籽粒微孔道內的傳熱傳質特點，以及孔道長徑比和孔道迂曲度對油菜籽籽粒乾燥過程的影響。 （4）從分層帶式結構的原理出發，完成小型紅外帶式乾燥機的機械結構設計及實物製作；根據乾燥機的控制需求完成控制系統電路設計以及電氣連線，通過Simulink仿真研究比較PID和模糊PID控制算法的控制性能，通過實驗評價乾燥機溫度控制性能；通過靜態和動態乾燥實驗討論不同乾燥溫度、輻射距離、初始含水率和厚度對甘藍型油菜籽乾燥特性的影響。