红外联合热风干燥白萝卜片的耦合建模与热质传递分析

摘要

为寻求红外联合热风干燥过程中物料内部热量传递的物理解释,克服水分输运现象不能直观获取的问题,该研究建立白萝卜片红外联合热风干燥过程中水分和温度分布的数值模型。考虑到干燥过程中物料扩散系数动态变化,对实现精准模拟产生干扰,该研究对比考虑温度、收缩相关扩散系数两种方式下单独热风干燥及红外联合热风干燥过程中的热质传递情况并进行试验验证。考虑到二维轴对称几何结构,采用COMSOL Multiphysics 5.2a对该系统的传热传质模型进行求解。结果表明:基于收缩相关有效扩散系数能够准确描述白萝卜片在单独热风及联合干燥过程中的热质传递情况,单独热风和红外联合热风干燥模拟值与试验值的决定系数(R;)分别为0.893和0.911。红外辐射是影响传热传质速率的主导因素。具体表现为恒定干燥温度60℃条件下,红外联合热风干燥比单独热风干燥物料至安全含水率(10%)有效缩短21.4%时间(90 min),红外联合热风干燥样品比单独热风干燥物料达到设定温度值(60℃)缩短36.0%时间。进一步研究表明有效水分扩散系数随红外辐射温度的升高而升高,传热、传质系数对物料升温及水分脱除影响显著。该模型为其他物料在联合干燥技术的模拟研究提供有益借鉴。