菊花微波热风联合干燥特性研究及其流场分布的数值模拟

摘要

菊花作为一种重要的经济作物，其干燥工艺的选择，很大程度上影响着干燥后菊花的品质。单一的干燥方式由于其自身的局限性，已不能完全满足人们对菊花干燥的要求，而联合干燥因为巨大的干燥优势，越来越受到人们的青睐。在实际生产中，鉴于菊花的水分含量较高，联合干燥多采用机械干燥的方式对菊花加以干燥，这种方式更需要相应的理论来指导。只有充分了解菊花的干燥特性，掌握干燥过程中的热质传递机理，才能更好的指导实践生产。本文以杭白菊为研究对象，在对干燥特性研究的基础上，尝试运用FLUENT软件对菊花干燥过程中的流场分布情况进行了数值模拟，以期提升菊花的干燥效果。主要内容与结果如下:
　　(1)在对几种菊花杀青工艺实验研究的基础上，采用与杭白菊香气品质密切相关指标，构建了评价杭自菊品质的指标体系;根据因子的权重计算出微波杀青综合得分为8.55分，远高于其他杀青方式，而经过杀青处理的菊花综合得分情况又明显优于未杀青处理的，从而得到杭白菊的微波杀青能有效提高杭白菊的香气品质。
　　(2)确定了微波杀青的处理方式后，针对菊花采用了微波热风联合干燥实验，并运用Design-Expert8.05软件对实验进行了曲面设计;实验以菊花的色差值、耗电量、氨基酸含量、电子鼻响应值为目标函数，建立了菊花干燥的数学回归模型，得到了各个因素交互作用对目标函数的影响情况，完成了对菊花干燥特性的研究。在综合考虑菊花干燥品质和干燥能耗的基础上，得出了该实验条件下菊花的最佳干燥工艺为:微波功率400w，层厚3cm，杀青时间3min，热风温度55℃。
　　(3)通过实验对菊花的基本物性参数进行了测定，测得菊花的实际密度和堆积密度分别为465.6Kg/m3和211.8Kg/m3;应用计算测定法测得菊花的孔隙率为54.51％，菊花平均直径为0.031m;从质量、动量、能量守恒定律出发，结合多相流理论，建立了热风干燥的控制方程和数学模型，为流场的模拟计算奠定了基础。
　　(4)针对干燥设备，建立了干燥机的物理模型;通过前处理GAMBIT、求解器FLUENT等软件，对模型进行了网格划分、参数确定和求解计算，得到了菊花干燥过程中速度场、压强场、温度场在干燥机内部的分布情况，实现了对菊花干燥过程中流场分布的数值模拟。模拟结果发现，不同干燥层，气流分布存在明显差别，当干燥时间进行至3h时，温度场的均匀度呈现出Z=0.11m平面＞Z=0.7m平面＞Z=1.38m平面。
　　(5)为确保模拟结果的准确性，着重将温度场的模拟结果和实测结果进行了对比分析，发现相对误差均在8％以内，充分证实了模拟结果的可靠性，分析的结果也说明了采用流场模拟分析对提高干燥质量和优化干燥方式有一定的参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 菊花干燥的原理及方式

1．2．2 菊花的干燥方法

1．3 农产品干燥技术的研究现状及趋势

1．3．3 目前存在的问题及发展方向

1．4 课题的主要研究内容

1．5 技术路线

2 菊花杀青工艺的实验研究

2．1．1 材料

2．1．2 仪器

2．2 试验方法

2．2．1 PEN3电子鼻系统

2．2．2 检测方法

2．2．3 数据处理方法

2．3结果与讨论

2．3．1 菊花的电子鼻传感器响应值提取

2．3．2 因子分析结果

2．3．3 杭白菊不同杀青工艺综合得分与评价

2．4 本章小结

3 菊花微波-热风联合干燥工艺实验研究

3．1 材料与设备

3．2．2 样品处理方法

3．2．4 数据分析方法

3．3 结果与分析

3．3．1 各因素对干燥速率的影响

3．3．2 各因素对色差的影响

3．3．3 各因素对耗电量的影响

3．3．4 各因素对氨基酸含量的影响

3．3．5 各因素对电子鼻响应值的影响

3．4 本章小结

4 菊花主要物性参数及数值模型的确定

4．1．2 孔隙率的实验研究

4．2 数值模型的确立

4．2．1 控制方程

4．3 多项流模型

4．4 FLUENT在干燥过程中的应用

4．5 本章小结

5 基于FLUENT的菊花烘干过程的流场分析

5．1 负压式干燥机的结构及工作原理

5．2 基本假设

5．3 物理模型的建立

5．4 网格划分

5．5 边界条件

5．6 物理属性及相关参数

5．7．1 速度场的分布

5．7．2 压力场的分布

5．7．3 温度场分布

5．8 对模拟结果的实验验证

5．8．1 监测点布置

5．8．2 实验及模拟结果统计

5．8．3 检测结果分析

5．9 本章小结

6 结论与展望

6．2 展望

参考文献

附录