高水分稻谷袋式干燥工艺研究

摘要

本文研究了高水分稻谷袋式干燥工艺及CFD仿真模拟技术的应用。以2014年新收获的籼稻作为试验材料，通过室内薄层干燥试验、室外实际干燥试验与计算机仿真模拟技术结合的方法研究了稻谷袋式干燥的初始干燥条件、多因素交互作用对袋式干燥速率和能耗的影响并提出袋式干燥最佳期望工艺参数。主要的研究成果如下：
　　1、袋式干燥初始干燥条件。温湿度对于干燥过程中稻谷水分的变化和干燥速率的影响有显著差异。干燥的温度越高，湿度越低，稻谷的含水率变化越快，水分下降也越快，干燥速率越大。在考虑干燥效率、干燥成本、干燥品质的基础上，可选择温度35℃和RH40％作为袋式干燥初步干燥条件。
　　2、干燥条件对稻谷袋式干燥速率和能耗的影响及干燥后品质和均匀性分析。不同水分的稻谷在不同单位风量、装粮重量水平的条件下，袋式干燥的速率和能耗显著不同。原始水分增大，干燥速率先增大，后减小；装粮重量水平越小，单位风量越大，干燥速率越大。装粮重量水平、原始水分和单位风量越大，单位干燥能耗越大。干燥后稻谷发芽率基本不变，没有出现黄粒米，爆腰增率小于1%，且脂肪酸值增加较少，具有很好理化品质。但是袋式干燥后水分呈现不均匀性，表层和底层水分差异较大，可通过干燥后表层和底层稻谷混合后平衡的方式对不均匀性进行缓解。
　　3、稻谷袋式干燥最佳工艺参数。利用Design-Expert8.05软件进行回归分析分别建立了袋式干燥速率和单位能耗的多项式方程模型，通过软件对模型进行分析求解得出结论。进风温度和单位风量与干燥速率呈正相关性而装粮重量水平则是负相关。进风温度，单位风量和装粮重量与干燥的单位能耗呈正相关关系。袋式干燥最佳期望工艺参数：当进风温度35℃、单位风量0.48m3/(kg.h)、装粮重量水平600kg时，干燥速率极大值为0.517079%/h，干燥单位能耗极小值为3.30935kW·h/(%·t）。
　　4、稻谷袋式干燥过程的CFD仿真模拟。通过CFD模拟技术更加形象生动的观测到稻谷袋式干燥由底层向顶层逐层干燥的过程，对CFD模拟获得的温度值和水分值与实际试验值进行对比验证发现，温度和水分的模拟值变化趋势与实际试验数值基本吻合，CFD仿真模拟技术在稻谷袋式干燥的研究上应用是可行的。对水分分布图研究表明，可以通过对顶部和底部稻谷进行混合平衡的方法，缓解底部过干燥的程度，减少干燥时间。

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第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 稻谷干燥方式的研究现状和进展

1.3 稻谷袋式干燥的研究现状

1.4 稻谷干燥的数学模型研究

1.5 CFD仿真模拟技术的研究

1.6 本文主要研究内容

第二章 稻谷袋式干燥初始条件研究

2.1 实验材料和方法

2.2 稻谷干燥特性的研究

2.3本章小结

第三章 干燥条件对稻谷袋式干燥速率和单位能耗的影响

3.1 试验材料和设备

3.2 试验方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

第四章 稻谷袋式干燥工艺多因素实验研究

4.1 稻谷袋式干燥多因素实验的设计

4.2 试验结果的响应面效应优化分析

4.3 稻谷袋式干燥最佳期望工艺参数分析

4.4 本章小结

第五章 稻谷袋式干燥的计算机仿真模拟研究

5.1控制方程

5.2 袋式干燥装置的物理模型和网格划分

5.3 CFD模拟的基础参数和软件设置

5.4 袋式干燥CFD模拟结果

5.5 本章小结

第六章 主要研究结论

6.1 稻谷干燥干燥特性的研究

6.2 不同干燥条件对袋式干燥速率与单位能耗的影响

6.3 稻谷袋式干燥最佳期望工艺参数的确定

6.4 稻谷袋式干燥过程的CFD模拟技术

6.5 讨论

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表情况

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