基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。

太阳能-空气源热泵牧草干燥系统制热性能研究

以太阳能-空气源热泵牧草干燥系统为研究对象,通过系统不同工作模式的温升、恒温制热试验及带载试验,分析了温升速率、单位温升能耗、COP及除湿效率。研究结果表明:联合制热模式与太阳能单独制热相比,单位温升耗电量降低了86.2%,温升速率提高了99~112倍。联合制热模式与热泵单独制热试验相比,在温升过程中温升速率降低了7.7%~17.6%,单位温升耗电量降低8.0%;在恒温制热过程中,前者COP比后者提高了6.5%~11.1%,耗电量降低了5.8%~10.7%;在升温制热过程中前者COP比后者提高了6.0%~10.4%,耗电量降低了6.6%~11.1%。联合干燥模式比热泵单独干燥模式的SMER值高19.8%~36.2%。

基于玻璃化转变的稻谷干燥变温控制系统设计与试验

针对稻谷在变温干燥过程中变温节点不明确、温度波动范围大和响应时间慢等问题,该研究设计了一种基于玻璃化转变的稻谷变温干燥控制系统。根据稻谷玻璃化转变曲线,确定变温控制策略,运用Logistic回归分析建立混配阀门开度和稻谷温度之间的控制模型并通过最小二乘法辨识模型参数。利用遗传算法对模糊隶属度函数进行优化,目标函数值迭代至0.118收敛,寻得最优幅宽。在Simulink仿真试验中,稻谷温度设定为42℃时,模糊PID控制的响应时间为66.43 s,且超调量为3.600%,优化后的模糊PID控制响应时间为37.06 s,且超调量为0.120%;在150 s加入5 s的外部信号干扰,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少4.19 s且超调量减小0.050%;在稳态时输入升温信号,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少16.79 s且超调量低0.338%。利用自主研制的干燥试验台进行变温试验,在变温响应试验中,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制在目标温度和梯度升温调节时间中分别缩短了37.56 s和18.63 s;在温度稳定性试验中,稻谷温度变化范围为41.9~42.1℃,平均相对误差小于0.4%,变异系数小于0.5%;在建三江国家农业高新技术示范区浓江农场进行生产性验证,优化后的模糊PID控制系统响应时间小于30 s,稳态温度误差在±0.15℃,平均相对误差小于0.5%。测试数据表明变温干燥控制系统性能稳定,满足实际干燥作业的生产工艺需求。

混流式水稻烘干塔温度远程监测系统设计

针对混流式水稻烘干塔温度难以远程监测的问题,设计了一种基于Python和LoRa技术的温度远程监测系统。系统以STM32F1单片机硬件系统为下位机,通过PT1000温度传感器测得烘干塔温度信息,判断水稻烘干塔干燥状态,并通过LoRa无线模块将状态信息传输至上位机人机界面实时显示。生产试验结果表明:整套系统数据传输性能稳定,传输距离远,数据传输成功率达96%以上,满足复杂工作环境要求,能够实现粮食干燥过程的温度实时监测功能。

南方籼稻热风干燥特性及其工艺参数优化

水稻是全球重要的粮食作物之一,籼稻是中国南方主要种植品种。收获的新鲜水稻含水率较高,不适合长期储存。针对南方籼稻在热风干燥过程中容易产生爆腰等问题,选择了中早35和玉针香2个典型品种,通过单因素试验和Box-Behnken Design试验,分析了热风干燥工艺条件下的影响因素(包括干燥温度、干燥缓苏比和初始含水率)与水稻的干燥爆腰增率和干燥速率之间的关系。结果显示,干燥温度对干燥速率和爆腰增率的影响最显著,其次是缓苏时间占比和初始含水率。在符合国家标准的爆腰增率要求下进行试验,得到了2个水稻品种的最佳干燥温度、缓苏时间占比和初始含水率参数组合:中早35的最佳参数为49.48℃、0.67、26%;玉针香的最佳参数为45.00℃、0.698、26%。在最佳参数下进行干燥试验,测得2种水稻品种的干燥速率分别为0.02280%·min^(-1)和0.02461%·min^(-1),爆腰增率分别为2.87%和2.80%,均低于国家标准的3.00%。优化后的干燥工艺参数可为生产实践和稻谷品质变化机理的深入研究提供理论基础。

热风红外联合干燥装置均风板的设计与试验

为提高苜蓿干燥过程中的均匀性和热利用效率,设计了一台热风红外联合干燥装置,并进行了干燥腔内均风板结构的优化设计,分析了在侧向进风条件下的不同结构参数对流场均匀性的影响。采用数值分析与试验相结合的方法,通过单因素和正交试验对均风板进行结构参数优化,以均风板级数、孔径、孔径比、开孔率和均风板间距为试验因素,以气流速度的变异系数为评价指标,确定了最佳的结构参数并进行试验验证。仿真结果表明:在结构参数为一级均风板孔径12mm、孔径比0.75、二级均风板开孔率12.57%、两级均风板间距20mm时,整体流场的变异系数最低为6.15%。验证试验结果显示:平均速度的相对偏差为4.92%,流场的变异系数的相对偏差小于2%,空气流速的相对偏差低于12%,气流均化效果明显。研究结果可为苜蓿干燥装置均风板的优化设计提供理论参考。

气相旋转换热器壳程强化传热数值模拟

目前,针对大批量谷物干燥的换热器种类较少及现有换热器换热量小、换热效率和能源利用率低等问题,在前人研究的基础上改进了气相旋转换热器结构,并改变螺旋叶片螺距来强化壳程传热。采用计算流体力学软件FLUENT数值模拟方法,对气相旋转换热器壳程进行传热特性分析,得到气相旋转换热器壳程流场在两种螺距的螺旋叶片结构下的压力云图、温度云图和流体速度矢量图,并对比不同流量条件下以两种螺旋叶片螺距为变量的壳程压降、壳程出口温度。研究结果表明:在壳程进口流速为4m/s、进口温度为100℃工况下,对比螺旋叶片螺距为277.5mm及壳程螺距为412mm的螺旋叶片,壳程压降增加30.1%,努尔赛数提高为40.7%。

5H-2谷物烘干机干燥箱多孔角状盒的设计与试验

为改善5H-2谷物烘干机的干燥性能,将原有角状盒改造为多孔角状盒。通过Fluent对多孔角状盒的干燥段气流场进行仿真分析,对比空载条件下干燥箱内部温度场变化情况,结果表明,装有多孔角状盒的干燥箱内部温度场较原有角状盒的分布更趋均匀。选择早稻‘中早35’稻谷,在5H-2谷物烘干机上安装多孔角状盒开展烘干试验,设置热风干燥温度为65℃,风速为8 m/s,干燥缓苏比为1∶2,结果装有多孔角状盒的烘干机干燥速率为0.798%/h~1.002%/h,烘干后爆腰增率为7.4%~10.2%,相比原有角状盒谷物烘干机,其干燥速率提高了12.1%~21.2%,爆腰增率降低了1.9%~5.1%。

谷子薄层干燥及品质特性

为提高谷子干燥和贮藏品质,改善高湿环境下谷子无法及时晾晒而导致谷子发霉变质的现象,通过采用薄层干燥设备对谷子进行干燥试验。选取热风温度、风速及初始含水率进行单因素试验,L 9(34)正交试验,研究谷子干燥特性和蛋白质含量的变化。试验结果表明:在最优组合热风温度为30℃、风速为1m/s、初始含水率为19%或27%时,谷子的蛋白质含量为10.9%。该研究结果可为谷子热风保质干燥提供重要参考。

不同干燥方式对羊肚菌品质特性的影响

为确定羊肚菌适宜的干燥方式,研究了不同温度(45、50、55℃)条件下的热风干燥(hot air drying,HAD)、以及50℃条件下的碳纤维远红外干燥(carbon fiber far-infrared drying,CFFD)、热泵干燥(heat pump drying,HPD)、碳纤维远红外联合热泵干燥(carbon fiber far-infrared combined heat pump drying,CFFD-HPD)与真空脉动干燥技术(vacuum pulsed drying,VPD)对羊肚菌干燥时间、干燥能耗、色泽、品质(复水比、质构特性、电子舌、感官评价)以及营养指标(氨基酸、蛋白质、粗多糖、脂肪含量)的影响,并对上述指标做出综合评分。结果表明:CFFD-HPD组的干燥时间最短,与HAD(55℃)组无显著性差异(P>0.05),与其他组差异性显著(P<0.05)。VPD组的干燥时间最长、能耗最高,显著高于其他组(P<0.05)。在外观品质方面,HAD(50℃)的L^(*)值显著高于其他组(P<0.05),VPD组的L^(*)、b^(*)值显著低于其他组(P<0.05),a^(*)值显著高于其他组(P<0.05)。在感官品质方面,CFFD组的羊肚菌最终复水比最大,VPD组的最终复水比最小,复水20 min时,CFFD-HPD组的羊肚菌复水速率最高。复水后的羊肚菌HAD(55℃)组的弹性和咀嚼性最大,VPD组的硬度最小。对干燥后的羊肚菌进行感官评价,HAD与CFFD-HPD组的得分较高,VPD的感官评价得分最低。在营养品质方面,VPD组的总氨基酸和蛋白质含量高于其他组,但是CFFD-HPD的综合评价得分最高,其次是HAD(55℃),VPD的综合评价得分最低,说明CFFD-HPD与HAD(55℃)适合用于羊肚菌干燥。研究结果为羊肚菌干燥技术提供了数据支持。

余热回收型空气源热泵烘干系统设计与能效实验

采用电能空气源热泵替代传统的木柴燃烧进行经济农作物烘干具有节能环保、降本增效等优点。针对空气源热泵烘干过程中热量随高温空气流失而降低了能源利用率的问题,设计了一款余热回收再利用的空气源热泵烘干系统,首先通过调节新风阀与回风阀开度使热风在烘干机内持续循环;然后通过热回收器与热泵将排出的高温空气余热回收,可显著提升热能的利用效率。为量化空气源热泵的电热转换与烘干加热过程能源利用率,研究了两级能效指标。一级能效指标可衡量电热转换与回收的利用效率;二级指标可直接衡量电能对产量的产出效率。研制了余热回收型空气源热泵烘干样机系统,并设计了一套远程监控系统,可在云端和手持终端实时在线监控作业过程和状态,控制烘干作业的工艺流程,并计算两级能效指标。食用菌烘干实验结果表明:该余热回收型空气源热泵烘干系统样机的一级能效指标为84.69%、二级指标为4.37 kg/(kW·h),具有能效利用率高、安全可靠等优点。

基于YOLOv5-RF的糙米内部裂纹识别方法研究

[目的]为准确识别糙米内部裂纹,提出了一种基于改进YOLOv5l的糙米裂纹识别算法——YOLOv5-RF。[方法]使用深度卷积代替CBS(convolution+batch normalization+sigmoid linear unit)模块中的普通卷积构建出DWBS(depthwise convolution+batch normalization+sigmoid linear unit)模块,然后将DWBS模块堆叠成辅助骨干网络,再与原始的Darknet-53主干网络相结合形成基于DWBS模块的同级复合骨干网络,以提高糙米内部裂纹特征提取能力;在颈部网络使用逆向连接层来增强解码端特征的丰富性,用于提高解码端对糙米内部裂纹的识别能力;利用CBAM(convolutional block attention module)注意力模块调整SPPF(spatial pyramid pooling-fast)模块的通道注意力表达,通过构建一种SPPF模块与CBAM模块结合的网络结构来提高编码阶段的语义信息表达质量。[结果]所提出的YOLOv5-RF算法的平均准确率、召回率和准确率分别为94.01%、86.92%、90.85%,相比YOLOv5l算法分别提升了4.72%、6.23%、1.23%,但添加模块对模型检测速度的影响却很小。[结论]所提方法能够准确进行糙米内部裂纹的识别,可为稻谷爆腰率检测提供技术参考。

稻谷双向通风均匀性及变温干燥工艺参数优化研究

为提升稻谷干燥品质和工作效率,解析粮层热风表现风速、稻谷温度和含水率的双向通风均匀性分布规律,探究变温干燥工艺参数对稻谷干燥特性和品质的影响。采用二次回归正交旋转组合试验方法,以变温幅度、热风表现风速和缓苏比作为影响因素,通过建立回归模型研究各影响因素对干燥速率和裂纹增率的影响趋势,确定了最佳变温干燥工艺参数组合。结果表明:不同监测层的热风表现风速、稻谷温度和含水率分布均能满足深床干燥试验的均匀性要求,最佳参数组合确定为变温幅度45~50℃、热风表现风速0.55 m·s^(-1)、缓苏比为0.3。此时,干燥速率为0.97%·h^(-1),裂纹增率为2.4%,能够实现稻谷优质高效干燥。综上,研究结果为稻谷深床变温干燥工艺优化和均匀性分析提供参考。

玉米烘干自动监控系统设计

谷物干燥监控系统可以实时监测谷物烘干过程中的温度、湿度等关键参数,保证谷物在烘干过程中达到理想的水分含量,从而保证产品质量和食品安全。为提高玉米烘干效率,对玉米烘干过程进行监控。该文提出一种基于DCS的玉米烘干自动监控系统的设计,对输入模块、监控模块和输出模块进行设计,建立实时监测和报警机制,同时结合先进的自动化控制技术,能够有效提高烘干效率,降低能源消耗,提升生产质量,具有重要的应用价值和推广前景。

多孔特性下的烟叶烘烤热质流输运建模与仿真

为了深入探究烘烤过程中烟叶水分随热流场变化的影响规律,提高该数学模型的可用性,以烘烤中的烟叶为研究对象,基于烟叶多孔特征建立烟叶时-空域物理特性变化的烘烤热质流输运模型,利用CFD技术对变黄期、定色期和干筋期三个时期密集烤房装烟室压力场、气流场、温度场以及烟叶水分分布进行数值模拟,开展烘烤试验,验证模型的准确性。数值模拟和烘烤试验结果表明:试验测量与数值模拟的温湿度数值曲线拟合程度较好,温度的试验值与仿真值相对误差在0~2.95%,相对湿度的相对误差在0~7.26%,试验值与模拟值基本吻合,建立的仿真模型准确;烘烤过程中温度和水分分布仿真结果与试验结果基本一致,表明用数值模拟方法研究烤房内部环境是可行的。

基于CFD的热风干燥饲料过程内流场均匀性研究

为研究热风干燥饲料过程中干燥箱内部流场分布特性,利用FLUENT软件,以干燥箱进出风方式、进气口风速以及饲料层厚度作为变量,以干燥箱湍流分布状况和风速分布状况为对象,对干燥箱内部流场均匀性进行分析,研究不同因素对饲料干燥箱内部流场分布的影响。结果表明,对侧进出风能明显降低湍流强度和湍流分布差异;当风速不变时,饲料层上表面风速均匀度与饲料层厚度成正比,下表面风速均匀度与饲料层厚度成反比;当饲料层厚度不变时,饲料层表面风速均匀度与进气口风速成反比。该研究为提高干燥箱内流场均匀性提供了理论指导。

基于STM8的小型果蔬烘干机的设计

[目的]传统果蔬烘干机体积大、功率大、能耗高,自动化、智能化程度低,亟需设计一款灵巧轻便、数字智能的新型果蔬烘干机。[方法]针对果蔬制干技术及传统果蔬烘干机存在的不足,设计了一款基于STM8的小型果蔬烘干机,对其整体结构及工作原理进行了系统阐述与分析,对温控器、风机转速等硬件电路进行了选型,并对软件程序进行了开发设计。[结果]1)硬件设计中采用高度集成的STM8单片机作为主控CPU,降低了成本;采用键盘与数码管专用驱动芯片设计了驱动界面,节约了硬件资源;采用数字交流调压技术控制风机转速、专用驱动电路控制PTC陶瓷加热器,实现了温度控制。2)软件设计采用固件库编程,提高了开发效率;利用STM8片内EEPROM实现了参数的保存与加载,进而实现了智能化;利用STM8片内16位定时器和ADC实现了定时时间的精确控制与烘干温度的精确采集。[结论]该果蔬烘干机具有小型化、功耗低、成本低、智能化的特点,能够烘干常见的水果、蔬菜,适合农户使用,也适宜在偏远农村使用,推广应用场景广阔。

粮食烘干机械化技术与烘干技术原理研究

贮藏粮食作物如果不及时进行干燥处理,就有可能出现霉变及发芽变质等问题,给农业生产者造成较大损失。传统的粮食干燥手段主要是晒干,但受到天气变化以及场地等因素的限制,无法满足较大规模的粮食干燥需求。基于此,研究小组就粮食烘干机械化技术与烘干技术理论进行了研究,以陕西三原县为例,阐述了粮食烘干机械化技术的应用优势。将常用的烘干机械分为连续式烘干机、多层流化床烘干机、筒式烘干机、箱式烘干机四种类型,并针对性地对其进行了原理分析。研究结果表明,粮食烘干机械化技术的应用,可以较好地解决传统人工晾晒中存在的场地不足、易受天气影响等现实问题,只需要较短时间就可以完成粮食脱水,大大提高了粮食的品质以及耐贮性,真正保障了粮食生产的增产增效。但与此同时,还需要相关技术人员能够树立创新意识,加强对粮食烘干技术理论的研究,并立足于农业生产实际,加强对粮食烘干机械化技术的宣传推广,从而促进粮食烘干技术的大规模运用。

大型带式烘干机布料装置及其控制系统的设计

在大型带式烘干机干燥物料的过程中,物料分布的均匀程度将直接影响物料的干燥效果。为了实现物料分布均匀,设计了一种大型带式烘干机的布料装置,可以很好满足大型烘干机的布料需求,并设计了一套以西门子S7-1200 PLC为核心处理器,触摸屏为人机交互界面的均匀布料控制系统。对设计的摆动式布料器进行数学建模及分析物料运动,经试验验证,建立的数学模型准确,系统操作简单、运行稳定,可以实现均匀布料,为后续大型带式烘干机稳产、高产创造了有利条件。

大中型粮食烘干设备研究进展

随着农业科技的进步,粮食烘干设备在粮食加工过程中得到广泛应用。而关于粮食烘干的研究大多集中在工艺优化上,对于粮食烘干设备的研究较少,导致新型工艺技术难以应用,粮食烘干设备的进步受到制约。目前应用于粮食烘干的有热风、热泵、远红外、太阳能、真空、微波以及联合干燥设备,本文从工作原理、干燥效率、干后品质、能源消耗、发展趋势等方面对以上粮食干燥技术及其设备进行综述,介绍了节能环保、智能调控的新型干燥设备的研究现状,分析了各种大中型粮食烘干设备及技术存在的问题,并对粮食烘干设备的发展趋势提出建议,以期为粮食烘干产业健康发展提供参考。