紫花苜蓿保质干燥试验研究及干燥设备的研制

摘要

本文在综述优质豆科牧草．苜蓿干燥研究与进展的基础上，在自行研制的5MG-50型牧草薄层干燥试验台上，进行了苜蓿干燥实验和同步生理实验，并进行了苜蓿干燥机理模型模拟分析与工艺参数的研究。在此基础上，研制了5HC-1型牧草保质干燥机并进行了生产性分析。 1、基础性试验研究：根据紫花苜蓿的生理和物理特性，进行了紫花苜蓿干燥特性的研究。通过苜蓿叶片、茎杆和草段水分含量分析，确定了苜蓿最长干燥存留时间与苜蓿含水率的关系以及机械处理次数对苜蓿干燥速率的影响规律。试验分析表明：用机械压裂处理的苜蓿与未处理的相比，营养成分保存无显著差异，干燥速度提高1.5～2倍。利用拟合方法对比分析建立了适合苜蓿干燥的Page模型和高温模型，为苜蓿保质干燥过程和干燥机的设计奠定了理论基础。 2、苜蓿干燥模型的理论分析：以紫花苜蓿表征性体积单元为基础，建立了苜蓿草茎段内部的水分扩散模型，利用有限差分法探讨了苜蓿草段内部水分分布，苜蓿内部水分在不同阶段的变化规律。利用反求法确定了苜蓿草茎段在不同处理条件下的传质系数，为苜蓿干燥提供了有价值的理论数据，同时也为解决同类复杂的气固两相运动热质传递问题提供了有效的方法。试验分析表明：苜蓿草茎段内部水分的扩散过程表现出强烈的非均质性与非稳态性。通过分析苜蓿的质扩散方程，优化了苜蓿草段的干燥状态参数；通过最大扩散系数确定，分析了物料内部温度场对水分扩散的影响。研究表明：苜蓿在一定条件下有一个最快干燥过程存在，表明了苜蓿干燥过程中优化传热传质的方向与潜力。 3、干燥过程对紫花苜蓿保质规律研究：在自行研制的5MG-50型牧草薄层干燥试验台上，应用正交旋转组合试验设计理论，研究苜蓿干燥过程中干燥温度、表现风速、初始含水率、干燥时间对粗蛋白含量、干燥速率和单位耗热量的影响规律，建立了各评价指标与干燥因素间关系的数学模型，并利用进行了单目标优化和试验验证。利用单因素分析法，分析了干燥参数对各个指标的影响规律，直观地反映了苜蓿干燥过程中影响因素的变化趋势。利用贡献率法和频数分析法，得出各因素对试验指标影响的重要程度。采用加权综合评分与频数分析法对多目标进行优化计算，综合评定较优的保质干燥工艺参数为：干燥温度176℃，表现风速0.34m/s，初始含水率76％，干燥时间3.2min。为提高干燥苜蓿的品质和节省能源提供了重要理论依据。 4、苜蓿气流翻铺工艺试验研究：在翻铺试验的基础上，建立了描述苜蓿草段翻铺过程中空气动力学模型，并通过编程对苜蓿草段运动过程进行了仿真分析。采用着色法，验证了气流翻铺的效果，揭示了苜蓿气流翻铺的运动规律。试验研究表明：在气流翻铺装置中，翻铺效果取决于气流的状态参数和翻铺装置的结构参数。根据苜蓿草段的数值计算和试验验证，确定了气流翻铺的最佳工艺参数为：翻铺气流速度2.8～3.0 m/s，苜蓿草铺初速度0.05 m/s，气流与竖直方向的夹角5～6°。 5、苜蓿翻铺干燥均匀性试验研究：采用三因素五水平正交旋转组合试验，研究了苜蓿翻铺过程中气流速度、草铺厚度和翻铺周期对干燥均匀度和干燥速率的影响，确定了苜蓿翻铺干燥过程中各因素的变化趋势，建立了各评价指标与干燥因素间关系的数学模型，并进行了单目标优化和试验验证。综合评定较优的气流翻铺干燥参数为：气流速度0.50m/s，草铺厚度40ram，翻铺周期210s。利用贡献率法和频数分析法，得出各因素对试验指标影响的重要程度，为提高苜蓿干燥均匀性提供了重要依据。 6、5HC-1型牧草保质干燥机研制：根据理论分析和试验研究结果，确定了5HC-1型牧草保质干燥机的总体方案。采用钢丝带水平输送式结构设计，应用混流和余热回收加热、高温连续干燥、气流翻铺干燥的工艺及最佳参数组合，对5HC-1型牧草保质干燥机参数进行了全面的工程计算。这一机型所采用的独特工艺经成果鉴定在我国属首创，各项指标均达到国内领先水平。 7、5HC-1型牧草保质干燥机生产性分析：在5HC-1型牧草保质干燥机上进行了苜蓿干燥生产并分析了保质工艺参数对单位热耗及生产率等的影响规律。得出了降低单位热耗可采用较高热介质温度和较低风量；提高生产率可采用较高温度和较大风量的结论。分析了苜蓿初始水分对干燥机性能的影响，得出了初始水分越高，其单位热耗值越低的结论。分析并验证了翻铺工艺参数对干燥均匀性的影响，得出了风量越大，干燥均匀性越好的结论。

目录

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摘要

1绪论

1.1课题研究的目的意义

1.2国内外苜蓿干燥试验研究现状分析

1.3研究内容和方法

2紫花苜蓿保质干燥过程的特性参数试验研究

2.1紫花苜蓿的特性分析

2.2紫花苜蓿的干燥特性的研究

2.3合理薄层干燥模型的确定

2.4苜蓿干燥特性的综合评价

2.5小结

3紫花苜蓿保质干燥传质机理的研究

3.1苜蓿内部水分扩散模型的建立

3.1.1物理现象分析

3.1.2控制微分方程的建立

3.1.3模型的定解条件

3.1.4干燥过程完整的扩散偏微分方程组

3.2模型的数值处理与分析

3.2.1干燥过程模型的数值处理

3.2.2干燥过程模型的离散化分析

3.2.3离散化方程的求解方法

3.2.4模型的主要特征

3.3扩散方程的模型计算与分析

3.3.1均质扩散系数的确定

3.3.2茎杆内部水分变化规律

3.4优化工艺的模拟分析

3.4.1扩散系数方程的确定

3.4.2影响扩散因素的优化分析

3.5模型的验证分析

3.6小结

4干燥过程对紫花苜蓿品质规律影响的试验研究

4.1试验设计

4.1.1试验因素及试验方案

4.1.2试验指标的测定

4.1.3试验条件

4.1.4试验结果

4.2试验因素对试验指标影响的统计及效应分析

4.2.1试验因素对苜蓿中粗蛋白含量影响的回归分析

4.2.2试验因素对苜蓿干燥速率影响的回归分析

4.2.3试验因素对干燥苜蓿单位耗热量影响的回归分析

4.3苜蓿保质干燥工艺的综合优化与分析

4.4苜蓿保质工艺参数的试验验证

4.5综合分析与讨论

5紫花苜蓿气流翻铺干燥工艺的试验研究

5.1气流翻铺的动力学分析

5.1.1苜蓿的悬浮速度

5.1.2牧草(苜蓿)在气流中的动力学模型

5.1.3数值积分求各点速度和位移

5.2苜蓿草段运动的动态仿真

5.3气流翻铺过程参数分析

5.4气流翻铺工艺的试验验证

5.5苜蓿翻铺干燥均匀性试验研究

5.5.1研究方法

5.5.2试验设计

5.5.3试验因素对干燥均匀性影响分析

5.5.4试验因素对干燥速率影响分析

5.6较佳干燥工艺参数组合的综合分析

5.7小结

6 5HC-1型牧草保质干燥机的研制与生产性分析

6.1 5HC-1型牧草保质干燥机的设计

6.2主要结构原理及技术参数

6.3主要参数的计算

6.4牧草保质干燥机关键部件设计

6.5牧草干燥成本估算

6.6性能测试与生产性试验

6.7 5HC-1型牧草保质干燥机的生产性能分析

6.7.1干燥工艺参数对干燥机性能的影响

6.7.2翻铺工艺参数对干燥均匀性的影响

6.7.3保质干燥机水平钢丝输送带性能的分析

6.8干燥性能指标计算值及测定值比较

6.9小结

7结论与建议

7.1结论

7.2今后的工作建议

参考文献

附录

致谢

作者在攻读博士学位期间发表的学术论文目录

科研成果与获奖