玉米种子干燥过程中皮层阻力影响的研究

摘要

在许多种植物材料产品的不同方式干燥过程中，都存在有“皮层阻力占优”这一共性问题，即物料的外表皮层组织通常是制约其传热传质进程的关键因素。其共同特征是:表皮层传质阻力大，限制了物料内部组织的大量水分通过它传出。但由于缺乏皮层自身传质物性参数的数据，以前的研究往往是将物料的皮层与内质整体作为连续均一介质处理，而对二者在传质过程中性能的差异及由此产生的问题缺乏必要的研究。
　　本文以玉米（粮食）颗粒作为典型生物材料，采用理论研究与实验研究相结合的技术路线。针对具有“皮层阻力占优”传质特性的玉米生物材料，对发生在皮层组织内部的传质过程机制加深了解，对皮层自身的传质能力做定量表征，揭示皮层组织是物料干燥过程中最主要的传质阻力之一。
　　在本论文中，将玉米视为均匀的多孔介质结构，采用多孔介质的传热、传质理论，建立了考虑皮层阻力影响的传热、传质耦合模型，利用COMSOL进行计算模拟。从模拟结果可以看出:当考虑皮层影响时，皮层表面的水分迅速干燥完全，而内质中的水分由于皮层组织的阻碍而缓慢的进行扩散;皮层的扩散率越小，即皮层的阻力越强，那么内质中水分的扩散、渗透越困难。另外，进行了玉米热风干燥实验，通过对实验数据的研究和处理得出“皮层阻力占优”传质特性。选取沈禾209与辽玉62两个品种的玉米进行不同含水量的去皮、带皮实验，将玉米的实验数据与模拟结果进行拟合，确定不同品种、不同含水量的玉米种子的扩散系数。证明了不同品种的玉米种子，其扩散系数差异较大。同时，玉米水分含量对于扩散系数也有影响，当玉米含水量较高时，玉米种子的扩散系数随着玉米的含水量增加而减少。
　　本文的研究是针对玉米种子干燥过程中传质问题的主要矛盾和本质因素，在更深层次上诠释其传质机理，丰富典型生物材料在干燥技术中的传质理论，为干燥技术的节能降耗研究提供理论支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的目的和意义

1．1．1 皮层阻力问题的提出

1．1．2 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．3 本课题的主要内容与技术路线

第2章 玉米干燥的理论基础

2．1 干燥的基本概念

2．1．1 干燥概述

2．1．2 干燥原理

2．1．3 玉米中水分存在形式

2．2 干燥的相关公式

2．2．1 物料的湿含量

2．2．2 干燥速率

2．2．3 湿分扩散率

2．2．4 玉米的物理特性参数

2．3 干燥的特性曲线

2．3．1 干燥曲线

2．3．2 干燥速率曲线

2．3．3 温度曲线

2．4 研究对象和干燥方式的选择

2．4．1 研究对象选择

2．4．2 干燥设备选择

2．5 玉米干燥模型的建立

2．5．1 经典干燥模型

2．5．2 玉米干燥模型

2．6 本章小结

第3章 玉米干燥的COMSOL计算

3．1 COMSOL介绍

3．1．1 概述

3．1．2 COMSOL Multiphysics介绍

3．1．3 应用模块的介绍

3．2 COMSOL模拟

3．2．1 一维模型

3．2．2 二维模型

3．2．3 玉米三维模型计算

3．3 本章小结

第4章 玉米种子的干燥实验

4．1 玉米颗粒传质的示踪试验

4．1．1 实验材料及实验方法

4．1．2 实验结果分析

4．2 玉米热风干燥实验

4．2．1 玉米水分测定

4．2．2 实验设备

4．2．3 PC与卤素水份测定仪通讯的实现

4．2．4 实验材料

4．2．5 实验方法

4．2．6 实验结果分析

4．3 玉米种子传质系数的确定

4．3．1 研究对象和研究方法

4．3．2 沈禾209玉米种子扩散系数的确定

4．3．3 辽玉62玉米种子扩散系数的确定

4．3．4 误差分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表(或录用)的论文