一种对流干燥的预测方法技术

本发明专利技术通过基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据；基于风干数据对干燥动力学模型参数和干燥工况参数进行拟合，以获得相应的函数关系式；获取目标物料内水分蒸发形成的质量源项，并基于函数关系式确定质量源项、干燥工况参数和干燥动力学模型中的水分比之间的关系式；获取目标物料铺设区域的多孔介质物理模型，并将物理模型代入质量源项以建立数学模型进行干燥预测，能够准确预测对流干燥工程应用中干燥工况参数的分布和物料的干燥过程，从而在考虑物料干燥的不均匀性以及干燥工况参数对干燥不均匀性基础上对干燥过程进行预测，使得预测结果更加的准确可靠，可以为干燥箱结构设计、提高产品质量等提供技术支持。等提供技术支持。等提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种对流干燥的预测方法


[0001]本专利技术属于农产品干燥
，具体涉及一种对流干燥的预测方法。

技术介绍

[0002]干燥是一种常见的提高水果、蔬菜等高含水率食物储存时间的方法，因为脱水可以降低水的活性，抑制微生物的活性，降低各种反应的化学速率。其中，对流干燥具有干燥时间较短、产品品质稳定、环境污染小等优点，是一种非常重要的干燥技术。同时，对流干燥是包含流动、传热、传质、收缩的多场耦合问题，针对该复杂问题建立数学模型并进行数值模拟计算是研究其内在多场耦合作用机理的重要方法。
[0003]目前对于对流干燥的研究大部分都局限在物料尺度，物料在均匀分布且恒定不变的干燥条件下完成对流干燥。而实际上在对流干燥工程应用中干燥箱体积很大且结构复杂，这就使得风速、温度、相对湿度等干燥条件分布不均匀。同时在需要干燥的物料较多时，物料内的液态水吸热蒸发成水蒸气进一步使得干燥条件多变且分布不均匀，从而导致现有的预测方法准确性和可靠性都非常低。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的预测不够全面、准确性可靠性低的问题，本专利技术提供了一种对流干燥的预测方法，其具有预测结果更加的准确可靠，可以为干燥箱结构设计、干燥工艺优化、提高产品质量等提供技术支持等特点。
[0005]根据本专利技术的具体实施方式的一种对流干燥的预测方法，包括：
[0006]基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据；
[0007]基于所述风干数据对干燥动力学模型参数和干燥工况参数进行拟合，以获得相应的函数关系式；
[0008]获取所述目标物料内水分蒸发形成的质量源项，并基于所述函数关系式确定所述质量源项、所述干燥工况参数和所述干燥动力学模型中的水分比之间的关系式；
[0009]获取目标物料铺设区域的多孔介质物理模型，并将所述物理模型代入所述质量源项以建立数学模型进行干燥预测。
[0010]进一步的，所述基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据包括：
[0011]基于不同风速、温度和相对湿度对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据。
[0012]进一步的，所述基于所述风干数据对干燥动力学模型参数和干燥工况参数进行拟合，以获得相应的函数关系式包括：
[0013]所述干燥动力学模型为：MR＝Aexp(
‑
Bt
C
)；
[0014]其中t为时间；A、B、C均为拟合常数，MR为水分比。
[0015]进一步的，所述拟合参数和所述干燥工况参数的函数关系式为：
[0016]A＝a1+a2U+a3T+a4RH+a5U2+a6T2+a7RH2+a8UT+a9URH+a
10
TRH；
[0017]B＝b1+b2U+b3T+b4RH+b5U2+b6T2+b7RH2+b8UT+b9URH+b
10
TRH；
[0018]C＝c1+c2U+c3T+c4RH+c5U2+c6T2+c7RH2+c8UT+c9URH+c
10
TRH；
[0019]其中T为温度℃，U为风速m/s，RH为相对湿度，a1—a
10
、b1—b
10
、c1—c
10
均为常数。
[0020]进一步的，所述质量源项表达式为：
[0021][0022]其中为质量源项表示物料内的水分蒸发速率，kg/(m3·
s)；m
w
为物料内液态水的质量kg；t为时间；φ0为初始时刻的孔隙率；ρ
l,0
为初始时刻物料的密度，kg/m3；M
wb,0
为初始时刻物料的湿基含水率；MR为水分比。
[0023]基于所述函数关系式确定所述质量源项、所述干燥工况参数和所述干燥动力学模型中的水分比之间的关系式为：
[0024][0025]进一步的，所述获取目标物料铺设区域的多孔介质物理模型，并将所述物理模型代入所述质量源项以建立数学模型进行干燥预测包括：
[0026]基于干燥箱尺度和物料铺放方式建立物理模型；
[0027]建立流动、传热和传质的数学模型；
[0028]基于所述物理模型、数据模型以及初始条件和边界条件进行干燥预测。
[0029]本专利技术的有益效果为：通过基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据；基于风干数据对干燥动力学模型参数和干燥工况参数进行拟合，以获得相应的函数关系式；获取目标物料内水分蒸发形成的质量源项，并基于函数关系式确定质量源项、干燥工况参数和干燥动力学模型中的水分比之间的关系式；获取目标物料铺设区域的多孔介质物理模型，并将物理模型代入质量源项以建立数学模型进行干燥预测，能够准确预测对流干燥工程应用中干燥工况参数的分布和物料的干燥过程，从而在考虑物料干燥的不均匀性以及干燥工况参数对干燥不均匀性基础上对干燥过程进行预测，使得预测结果更加的准确可靠，可以为干燥箱结构设计、干燥工艺优化、提高产品质量等提供技术支持。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是根据一示例性实施例提供的对流干燥的预测方法的流程图；
[0032]图2是根据一示例性实施例提供的干燥箱物理模型图；
[0033]图3是根据一示例性实施例提供的对流干燥三维物理模型的边界标注图；
[0034]图4是根据一示例性实施例提供的预测结果图。
[0035]附图标记
[0036]1‑
干燥箱入口边界；2
‑
7为干燥箱的壁面边界；8
‑
干燥箱出口。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。
[0038]参照图1所示，本专利技术的实施例提供了一种对流干燥的预测方法包括以下步骤：
[0039]101、基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据；
[0040]确定好目标农产品后，分别进行不同工况下的热风干燥实验，从而获得实验数据，可选的，还可以获得水分比随时间的变化数据。其中，水分比(Moisture Ratio)是指某一时刻被干燥物料的干基含水率和平衡时刻被干燥物料的干基含水率之差与初始时刻被干燥物料的干基含水率和平衡时刻被干燥物料的干基含水率之差的比值，t时刻的水分表达式为：
[0041][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对流干燥的预测方法，其特征在于，包括：基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据；基于所述风干数据对干燥动力学模型参数和干燥工况参数进行拟合，以获得相应的函数关系式；获取所述目标物料内水分蒸发形成的质量源项，并基于所述函数关系式确定所述质量源项、所述干燥工况参数和所述干燥动力学模型中的水分比之间的关系式；获取目标物料铺设区域的多孔介质物理模型，并将所述物理模型代入所述质量源项以建立数学模型进行干燥预测。2.根据权利要求1所述的对流干燥的预测方法，其特征在于，所述基于不同工况参数对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据包括：基于不同风速、温度和相对湿度对目标物料进行热风干燥，以获得相应的风干数据。3.根据权利要求2所述的对流干燥的预测方法，其特征在于，所述基于所述风干数据对干燥动力学模型参数和干燥工况参数进行拟合，以获得相应的函数关系式包括：所述干燥动力学模型为：MR＝Aexp(
‑
Bt
C
)；其中t为时间；A、B、C均为拟合常数，MR为水分比。4.根据权利要求3所述的对流干燥的预测方法，其特征在于，所述拟合参数和所述干燥工况参数的函数关系式为：A＝a1+a2U+a3T+a4RH+a5U2+a6T2+a7RH2+a8UT+a9URH+a
10
TRH；B＝b1+b2U+b3T+b4RH+b5...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东亮，胡如响，朱跃强，卢星宇，宇波，王鹏，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：