石墨烯低温远红外辐射干燥稻谷干燥特性与品质研究

为研究稻谷的石墨烯低温远红外干燥特性及其对稻谷干燥品质的影响,以辐射温度、排粮流量和除湿风量为影响因素,以整精米率和应力裂纹指数增值为评价指标,用自制的循环式石墨烯低温远红外干燥机进行稻谷干燥试验,通过BBD(Box-Behnken设计)响应面法,分析了低温远红外干燥对稻谷干燥品质的影响以及工艺参数优化。结果表明:影响稻谷干燥特性和品质的最主要因素是辐射温度,其次是排粮流量和除湿风量。随着辐射温度的升高,稻谷干燥速率和应力裂纹指数增值逐步增大,整精米率则逐步降低。与同温度的热风干燥相比,石墨烯低温远红外干燥平均干燥速率和干燥品质均有显著提高。经优化后,稻谷最佳石墨烯低温远红外干燥工艺条件为:辐射温度43℃、排粮流量4 kg/min、除湿风量193 m^(3)/h,此时应力裂纹指数增值为9,整精米率为79.75%,稻谷干燥品质最佳。这说明利用石墨烯低温远红外干燥稻谷,可以明显提高干燥速率并改善稻谷干燥品质。

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%。

红肉火龙果粉的发泡微波冷冻干燥制备与质量评价

制备浆果粉末产品是延长其货架期的有效手段。为降低干燥过程能耗和保留产品营养成分,该研究以平均含水率(87.03±1.26)%的新鲜红肉火龙果果浆为原料,采用冷冻干燥和喷雾干燥两种方法制备了火龙果粉末。以残余湿含量、色泽和典型生物活性成分甜菜红素、芦丁和总酚保留率为指标对产品质量进行了评价。用质量比为3%(w/w)的分离乳清蛋白和2.5%(w/w)的果胶为添加剂制备了未发泡和发泡2种样品,进行了传统和微波冷冻干燥试验。结果表明,使用石英底盘,在30˚C、20 Pa下,发泡样品比未发泡样品冷冻干燥时间缩短了39.06%;施加1 W微波功率时,未发泡和发泡样品微波冷冻干燥时间比无微波时分别缩短了18.75%和12.82%。用碳化硅底盘替代石英底盘,在30˚C、20 Pa和1 W下,发泡样品微波冷冻干燥时间比未发泡和发泡样品传统无微波冷冻干燥分别缩短了65.62%和43.59%。分别以5.5%(w/w)的分离乳清蛋白和15.6%(w/w)的麦芽糊精为添加剂,进行了喷雾干燥试验。工艺参数为进风温度150˚C、出风温度85˚C、进料速度28 mL/min。冷冻干燥产品的甜菜红素、芦丁和总酚保留率分别在72%、84%和75%以上,而喷雾干燥产品的保留率显著降低。该研究采用的冷冻干燥方法能够大幅缩短干燥时间、提高产品质量,为浆果类粉末产品的制备提供工业解决方案。

不同干燥方式对灵芝子实体干燥品质的影响

采用热风干燥、热泵干燥、微波热泵耦合干燥、热泵梯度升温干燥、热泵梯度降温干燥等干燥方式,探究不同干燥方式对灵芝子实体感官、营养及理化品质的影响。结果表明,微波12 min+60℃热泵干燥脱水效率最高,较单一热风干燥至少缩短180 min;微波4 min+60℃热泵干燥色泽保持相对较好;微波12 min+60℃热泵干燥粗多糖含量最高,较60℃热风干燥提高了63.26%;热泵梯度降温干燥对DPPH自由基的清除能力最强;60℃热泵干燥水溶性指数最高。从提高生产效率和营养成分保留率角度考虑,优先选择微波12 min+60℃热泵干燥方式;从产品良好色泽角度考虑,优先选择微波4 min+60℃热泵干燥方式;从产品良好功能活性角度考虑,优先选择热泵梯度降温干燥、60℃热泵干燥方式,为灵芝子实体干燥方式的选择提供理论依据。

干热地区高校夏季室外热环境研究——以石河子市某高校为例

高校校园是师生室外活动的主要场所,其室外热环境直接影响了师生的舒适程度,尤其在干热地区更加显著。因此,对干热地区高校校园进行热环境研究分析具有重要意义。以干热地区新疆石河子市内典型高校石河子大学北苑新区为研究对象,选取校园内人流量较大且功能性明显的5个区域作为典型点位探究室外热环境。从建筑空间形态、典型点位物理环境参数等角度进行实测数据分析。研究结果表明,点位周边的建筑形态以及是否存在绿化植被对其热环境产生了显著影响,从而为干热地区高校校园热环境的研究与改善提供理论基础,具有一定的参考价值。

新疆克州地区学校建筑供暖系统设计研究

研究了新疆克州地区某中学供暖系统设计的思路和流程,包括热源的选择、供暖系统设计,换热站设计等,深入探讨和分析了调试过程中出现的问题,对设计和施工阶段需要关注的设计调研、施工规范等关键环节进行了总结与反思,并提出了解决方案。

农产品超声辅助热泵干燥技术的研究进展

目的概述超声辅助热泵干燥技术在农产品干燥中的研究进展,旨在为超声辅助热泵干燥技术的工业化应用提供理论指导。方法对超声辅助热泵干燥技术的作用机理、超声辅助技术对农产品热泵干燥过程微观结构及干燥速率的影响、农产品超声辅助热泵干燥的过程预测以及最终品质等进行论述,并提出改进措施。结果超声辅助热泵干燥技术的发展极具潜力,目前相关研究仍处于初级阶段,其中研究超声强化效果与热泵干燥间的交互影响以及建立合适的动力学模型预测干燥过程是实现工业化生产的研究新方向。结论超声辅助热泵干燥技术可有效提升农产品的干燥速率,降低设备能耗,同时可减少干燥产品的营养物质损耗及有害物质产生,提高产品质量,在农产品干燥领域具有广泛的应用前景。

干式装配式墙体非均匀性传热规律

干式连接的装配式建筑因连接缝的存在会造成接缝与墙体间的传热不均,对墙体传热及建筑能耗产生重要影响。分析了干式装配外墙的非均匀传热特征,提出外墙内表面的累计温差比T′来评价墙体的传热非均匀性,确定了干式装配墙体传热的非均匀判定准则。提出用热桥影响区域等效传热系数K′_(T)来评价接缝非均匀传热影响区域,分析了非均匀性传热对建筑采暖能耗的影响。结果表明,装配式墙体在接缝两侧的温度波动较大,且墙体构造越复杂波动越显著。干式装配墙体接缝的非均匀影响区域明显大于传统砖混建筑。T′越大墙体传热越不均,建筑采暖能耗越大。接缝宽每增加5 mm导致的墙体传热不均使得建筑能耗变化约为3%~4%,含空气层的预制墙体变化尤为大,约为3.2%~6.7%。

基于BP神经网络的陈皮干燥含水率预测

为探索陈皮的热泵干燥特性,并实现热泵干燥过程中陈皮的含水率预测,研究了不同干燥温度(50、55、60℃)、干燥风速(1.0、2.0、3.0m/s)、堆叠厚度(20、30、40mm)对陈皮干燥时间和干燥速率的影响。将干燥温度、干燥风速、堆叠厚度和干燥时间作为输入层,隐藏层个数为10,陈皮的干燥含水率为输出层,搭建一个BP神经网络预测模型。研究结果表明:干燥温度、干燥风速和堆叠厚度都是影响陈皮干燥含水率的重要因素,提高干燥温度、增加干燥风速和减少堆叠厚度能够提高陈皮的干燥速率,缩短干燥时间。基于陈皮热泵干燥特性构建结构为“4-10-1”的BP神经网络模型,含水率预测值与实测值之间的均方误差MSE为0.00421,决定系数R^(2)=0.997,模型运行稳定,含水率预测结果准确且快速,能够为陈皮干燥过程中的含水率在线预测提供科学依据。

乙醇耦合其他预处理提高扇贝柱热泵干燥速率及品质

干燥后期速率低、能耗高是限制热泵干燥(heat pump drying,HPD)在水产品干燥中应用的瓶颈。非热力预处理技术在易腐食品干燥中具有提高干燥速率和改善干制品品质的巨大潜力。基于此,该研究以乙醇(E)单独和联合真空(VC+E)、超声波(US+E)、超声波辅助真空(USVC+E)预处理作为处理组,以未经预处理的扇贝柱为对照(CK),探究其对扇贝柱干燥动力学及干制品品质特性的影响。利用低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术,对扇贝柱热泵干燥过程中水分状态及分布进行了研究。结果表明:扇贝柱热泵干燥处于降速干燥阶段,干燥过程受水分内部扩散的控制。Weibull模型能较好地描述扇贝柱热泵干燥过程。与CK相比,乙醇单独处理和US和/或真空联合预处理都能提高水分有效扩散系数(Deff),进而提高干燥速率。LF-NMR结果表明,扇贝柱中主要水分为不易流动水;随着干燥进行,各组分的横向弛豫时间向左偏移;不易流动水所占比例降低,而紧密结合水、疏松结合水和自由水所占比例增加。与CK相比,预处理有利于扇贝柱不易流动水向自由水转化,进而提高干燥速率。与CK相比,乙醇单独处理和US和/或真空联合预处理可降低扇贝柱黄度、总色差、收缩率、硬度、弹性和咀嚼性,但是增加了扇贝柱的亮度、红度和复水比。预处理组中,US+E和USVC+E色泽参数(总色差:US+E,(7.40±0.22);USVC+E,(6.99±0.16))最佳,收缩率(US+E,35.97%±1.29%;USVC+E,34.43%±1.24%)和硬度(US+E,(25.20±1.08)N;USVC+E,(26.68±0.61)N)最低;而US+E弹性(0.55±0.01)和咀嚼性(7.27±0.30)N最低,但复水比(1.753±0.022)最高。相比于CK,US+E可显著降低(P<0.05)总色差58.24%,收缩率32.75%、硬度23.17%、弹性15.38%、咀嚼性38.91%,但是复水180 min后,能显著提高(P<0.05)复水比9.975%。综合考虑,US+E作为一种非热力、绿色预处理技术,可用于强化扇贝柱热泵干燥效率,改善干制品品质。

铁棍山药片热风干燥过程中传热传质规律

[目的]探明热风干燥过程中铁棍山药片的传质情况,以及干燥空间和山药片的传热情况。[方法]选用7种薄层干燥数学模型对山药片热风干燥曲线进行拟合,找出最适传质动力学模型;测定不同温度下山药的导热系数和比热容,在此基础上利用ANSYS软件模拟热风干燥过程中干燥空间温度场变化和山药片温度变化。[结果]Modified Page模型能准确预测不同热风温度条件下山药片的水分变化情况(R2为0.998 96~0.999 86)。热风干燥过程中干燥室空间温度总体呈水平面上距进出风口近处温度高,远处温度稍低,竖直面上呈上高下低的状态,但温差均不大。热风干燥过程中山药片中心处温度最低,外表面温度最高,内外层温差逐渐缩小,前期温度变化较快而后期缓慢,实测值与模拟值间的温差最大达7.75℃,最小仅为0.07℃,说明模拟结果准确度较高。[结论]Modified Page模型和ANSYS软件能够准确模拟热风干燥过程中山药片的传热传质。

藕片热泵干燥工艺优化及全藕粉品质评价

为解决新鲜莲藕采后易霉变、品质下降等问题,以莲藕为原料,以藕片干燥速率、复水性,藕粉色泽、水分含量为指标,研究切片厚度、干燥温度和装载量对干燥后莲藕和全藕粉品质的影响。结果表明,当干燥温度70℃、切片厚度5 mm、装载量3 kg/m^(2)时,藕片干燥速率较快、复水性较好,全藕粉色泽鲜亮,含水量较低,为莲藕热泵干燥的最优条件。试验将新鲜莲藕加工成全藕粉,可有效保留莲藕的营养成分,为莲藕采后贮藏和加工提供理论依据。

基于干冰微粒喷射冷却的高速列车IGBT散热器设计

针对高速列车IGBT模块的高效散热问题,设计了一种应用于干冰微粒喷射冷却的针肋散热器。建立了3组不同针肋参数模型,通过数值模拟研究分析了针肋数量、直径、高度对散热效果的影响,得出最优针肋散热器的针肋数量为64、直径为12 mm、高度为45 mm,相比于无肋散热器其换热基板表面温度降低了10.57℃,散热器内部干冰升华率提高了17.2%。通过实验观测到了干冰微粒冷却流体在管内流动状态以及干冰微粒在散热器内部扰动碰撞过程,验证了模拟结果,干冰微粒喷射冷却使热源功率为1.6 kW的IGBT模块保持在约25℃,满足其散热需要,为深入研究干冰微粒喷射冷却技术提供指导。

大别山板栗片热泵干燥特性及动力学模型分析

为了研究大别山板栗片热泵干燥过程和特性,建立其干燥动力学模型,并优化干燥工艺以提高干燥后的品质,以大别山板栗为研究对象进行热泵干燥动力学研究,通过对7种常用干燥模型线性化处理,筛选适合用来描述板栗片热泵干燥特性的数学模型,并利用试验数据与模型进行回归拟合,确定并建立最适合的数学模型。结果表明:Page模型的预测值曲线和实测值曲线高度吻合,Page模型可用来描述板栗片热泵干燥过程中水分的变化规律。研究结果可为板栗片实际生产中的热泵干燥加工提供一定参考。

基于FA-BP神经网络的生姜干燥含水率预测

为探索生姜的干燥特性,并实现生姜干燥的含水率预测,研究了不同干燥温度(50、55、60℃)、干燥风速(1.0、2.0、3.0m/s)、切片长度(30、35、40mm)对生姜干燥时间和干燥速率的影响。结合BP神经网络自适应能力、泛化能力、学习能力强和萤火虫算法(FA)参数少、寻优能力强、收敛速度快等特点,将干燥温度、干燥风速、切片长度和干燥时间作为输入层,隐藏层个数为10,输出层为生姜的含水率,搭建一个拓扑结构为“4-10-1”的FA-BP神经网络模型。研究结果表明:干燥温度、干燥风速、切片长度都是影响生姜含水率的关键因素,增加干燥风速、提高干燥温度和减少切片长度能有效缩短生姜的干燥时间,提高干燥效率。选用萤火虫算法优化BP神经网络的权值和阈值,减少了神经网络的训练时间,提高了精准度,其含水率预测值与试验值之间的决定系数R2=0.999 02,均方根误差RMSE为0.002 99,含水率预测结果准确且迅速,能够为生姜干燥过程中的含水率在线预测提供科学依据。

基于数值模拟的红枣片不同干燥方式热质传递仿真与试验

为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性,并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对3种干燥方式的红枣片三维热质传递耦合数值模型,并利用试验数据对模型的可靠性进行验证。该研究基于枣片的实际几何尺寸进行建模并利用COMSOL求解。结果表明:1)与热风干燥相比,红外热风与红外真空脉动干燥分别缩短了46.43%和41.07%的干燥时间,且仿真结果与实测值吻合较好;2)温度场模拟图显示红外辐射可有效对红枣片内部进行加热,干燥20 min时红外热风和红外真空干燥的物料中心温度较热风干燥分别提高了11.33%和5.59%;3)模拟数据显示红外真空脉动干燥中的压力变化对干燥动力学产生了明显影响,其中含水率和干燥速率随压力脉动分别呈现阶梯状和峰状分布,并且干燥速率对压力变化的敏感性随着物料含水率的下降而下降;4)将测得的红枣片品质及质构特性与仿真数据进行综合对比,给出了关于分段组合干燥研究方向的见解,并对果蔬干燥数值模型的发展方向进行展望。该研究建立并验证了红枣片3种干燥方式下的数值模型,并结合模拟结果对各干燥过程的特点进行分析,对未来不同果蔬数值模型的建立及干燥机理的研究具有重要意义。

有机硅改性水性聚氨酯基纸质文物保护液的制备及性能研究

本研究将羟丙基封端聚硅氧烷(HP-PDMS)作为混合软段,对水性聚氨酯(WPU)进行改性,分别制备WPU和有机硅改性水性聚氨酯(SIWPU)乳液,将乳液稀释20倍制得纸质文物保护液。用宣纸模拟纸质文物,探讨了含有不同添加量HP-PDMS的WPU和SIWPU保护液对宣纸的表观性能及老化前后力学性能的影响。结果表明,SIWPU乳液粒径较小且分布较窄,SIWPU胶膜在全紫外波段透过率均在30%以下,具有一定的紫外光屏蔽功能,同时耐水性较纯WPU胶膜有所提升;经过SIWPU保护液涂布的宣纸,其抗张指数和撕裂指数较宣纸最高可提高190.3%和135.2%,同时具有较好的抗干热老化性能。

干热岩压裂储层布井方式优选数值模拟

增强型地热系统(EGS)是从干热岩储层中提取热能的重要手段,而布井方式是影响其采热效果的关键因素,目前开展的布井方式研究较少考虑压裂储层开采模型的影响。建立了干热岩压裂储层采热的数值模型,通过不同位置的基质岩体温度下降幅度、热提取率、采出温度和采热功率对比分析了4种不同的布井方式对EGS采热性能的影响。结果表明:相较于直井,水平井的流体热交换的面积更大,能充分开发裂缝间的热量。在生产30 a时,考虑水力压裂裂缝连通的情况下,水平井一注两采模型的采热效率最高,其在垂直于井方向上温度波及范围约690 m,基质岩体平均温度下降38.09 K,热提取率为24.42%,采热功率为3.5 MW。研究成果为提高地热系统产热量、实现干热岩高效可持续开发提供了理论参考。

济阳坳陷深层地热资源研究进展与下步展望

济阳坳陷地热资源分布范围广、资源潜力大,是胜利油区未来地热资源开发利用的重要方向。为科学、高效地开发利用济阳坳陷地热资源,系统梳理了关于济阳坳陷水热型和干热岩型地热资源的热储层、热盖层、热源等地热地质条件,分别计算了2类地热资源的资源量,揭示其地热资源潜力。研究结果表明,济阳坳陷水热型地热资源主要赋存在馆陶组、东营组及下古生界等,其中馆陶组为水热型地热资源潜力最大的层系,分布广、资源量大,是下步重点勘探开发利用层系。济阳坳陷属于“冷壳热幔型”沉积盆地,具有较高的大地热流值,干热岩型地热资源热储层主要为太古宇的岩浆岩和变质岩,深部地幔热流是其主要热源,热储层分布面积大,温度均较高,其资源丰度为渤海湾盆地中最高。济阳坳陷地热资源丰富,为加快其开发利用步伐,建议水热型地热资源要加强地热资源与油气的关系及资源分区评价2项关键工作;干热岩型地热资源的勘探开发仍处于起步探索阶段,今后需要重点加强其热储层类型的选择与热源机制2个方面的研究。