果蔬多孔介質(zhì)干燥熱質(zhì)傳遞及應(yīng)力應(yīng)變研究.pdf

1、果蔬多孔介質(zhì)干燥收縮變形是影響其干燥品質(zhì)與效率的重要因素之一，與其干燥過程中熱質(zhì)傳遞及應(yīng)力應(yīng)變機制密切相關(guān)。近年來，隨著人們生活水平的提高，關(guān)于果蔬多孔介質(zhì)干燥品質(zhì)的研究越來越受到重視，采用數(shù)值模擬的方法研究果蔬多孔介質(zhì)干燥熱質(zhì)傳遞及應(yīng)力應(yīng)變機理已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。然而，目前傳統(tǒng)的連續(xù)性方法在模擬過程中忽略了果蔬多孔介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)對多孔介質(zhì)干燥過程的影響，模擬結(jié)果與其實際干燥過程相差較大，不能合理的解釋果蔬多孔介質(zhì)實際干

2、燥過程中產(chǎn)生的非規(guī)則收縮變形現(xiàn)象。因此，針對上述問題，本文選取蘋果作為果蔬多孔介質(zhì)的典型代表進行熱風(fēng)干燥試驗與孔道網(wǎng)絡(luò)熱質(zhì)傳遞及應(yīng)力應(yīng)變模型模擬研究，深入了解果蔬多孔介質(zhì)的干燥機理。本文主要的研究內(nèi)容如下：
　?。?）構(gòu)建果蔬多孔介質(zhì)干燥的孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型。采用孔道網(wǎng)絡(luò)干燥理論對實際多孔介質(zhì)進行網(wǎng)格提取構(gòu)建孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型。通過實驗測量的方法測定了實際蘋果多孔介質(zhì)的孔隙率、孔隙直徑、配位數(shù)等參數(shù)，并與孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型的模型參數(shù)一一

3、對應(yīng)，使孔道網(wǎng)絡(luò)干燥理論能夠很好地應(yīng)用于果蔬多孔介質(zhì)干燥熱質(zhì)傳遞及應(yīng)力應(yīng)變的研究與分析。
　　（2）果蔬多孔介質(zhì)干燥熱量傳遞、質(zhì)量傳遞及應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)學(xué)模型的建立。通過分析果蔬多孔介質(zhì)干燥過程中熱量傳遞機理、質(zhì)量傳輸機理和干燥物料產(chǎn)生的干燥應(yīng)力及應(yīng)變的機理，構(gòu)建出孔隙尺度上的果蔬多孔介質(zhì)干燥傳熱傳質(zhì)及應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)學(xué)模型。
　?。?）果蔬多孔介質(zhì)干燥數(shù)學(xué)模型的數(shù)值模擬求解。采用數(shù)值法對構(gòu)建的傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型和應(yīng)力應(yīng)變數(shù)學(xué)模型進行

4、求解。采用MATLAB與Visual C++聯(lián)合編程開發(fā)出用于干燥數(shù)學(xué)模型求解的孔道網(wǎng)絡(luò)模擬求解程序。該模擬程序主要包括物理模型構(gòu)建、數(shù)學(xué)模型求解和數(shù)據(jù)處理分析三個主模塊，可對果蔬多孔介質(zhì)干燥過程進行實時顯示、數(shù)據(jù)記錄與存儲和數(shù)據(jù)分析。
　　（4）果蔬多孔介質(zhì)熱風(fēng)干燥試驗研究及連續(xù)性假設(shè)的數(shù)值模擬。采用蘋果進行熱風(fēng)干燥試驗研究，測量蘋果切片在干燥過程中的溫度、濕分及收縮變形數(shù)據(jù)，獲得相應(yīng)的干燥特性曲線和收縮變形曲線。采用連續(xù)性方法

5、對蘋果進行模擬分析，獲得蘋果切片的濕分場、溫度場及相應(yīng)的應(yīng)力分布情況。
　?。?）果蔬多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果與連續(xù)性模擬結(jié)果及熱風(fēng)試驗結(jié)果的對比分析。通過模擬數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)的對比，結(jié)果表明孔道網(wǎng)絡(luò)模擬方法能夠更好地反映果蔬多孔介質(zhì)實際干燥過程。孔道網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果顯示毛細應(yīng)力是造成果蔬多孔介質(zhì)產(chǎn)生收縮變形的主要原因。不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的孔道網(wǎng)絡(luò)模擬實驗表明孔隙率越大，干燥時間越長，平均溫度越低，毛細應(yīng)力隨孔隙率的增大而減小，濕應(yīng)力和熱應(yīng)力