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《中国农业大学》 2000年
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气体射流冲击颗粒物料干燥机理与参数试验研究

高振江  
【摘要】: 气体射流冲击技术是一种新的干燥方法,由于喷嘴喷出的气体具有极高的速度,将其直接冲击 到需干燥的物料表面时,气流与物料表面之间产生非常薄的边界层,因此其换热系数比一般热风换 热要高出几倍以至一个数量级。为了揭示射流冲击颗粒物料时的基本结构参数和工艺参数与物料干 燥之间的关系,本文较为系统的进行了射流冲击颗粒物料时的干燥机理与试验的研究。 在对射流流场特征进行了全面分析的基础上,设计了一个可对颗粒物料进行连续与批式干燥作 业的试验装置。试验装置可自由更换、调整和控制影响射流冲击对物料传热的主要结构和工艺因 素。针对射流冲击的传热不均问题,提出了颗粒物料的流态化运动解决思路,并对射流冲击颗粒物 料的流态化问题进行了较为系统的试验研究,得到了射流冲击颗粒物料产生流态化状态时与结构 (冲击室宽度、喷嘴间距、喷嘴直径、喷嘴高度)和工艺(喷嘴出口气流速度)因素之间的关系。 在此研究中,由于不同结构参数时的物料流化工艺参数不同,通过引入流化程度因子概念,使不同 结构下的物料流化工艺参数有了相同的可比因子。 在颗粒物料产生流化运动的前提下,进行了结构因素和工艺因素组合的干燥试验。通过干燥试 验揭示了不同结构因素和因素水平间对颗粒物料干燥指标的影响。在结构参数优化的基础上,对射 流冲击颗粒物料与工艺参数之间的关系进行了系统的干燥和干燥动力的试验研究。为了保证试验条 件的相对一致和试验结果的相对准确,引入均匀设计试验方法,对工艺因素进行了多水平的以干燥 参数为因变量的试验研究,得到了相关的回归模型。 试验研究得到如下结论: 1.在不考虑物料干燥后的质量指标情况下,射流冲击平面物料的平均传热传质研究结论可以用 于颗粒物料干燥研究中。 2.在物料完全流化时,射流冲击所需的喷嘴出口风速、单位热耗和汽化强度干燥指标将随冲击 室宽度的增加而变化,但变化的幅度与冲击室宽度是否在射流流场的滞留区内相关,宽度在滞留区 内时变化小,在滞留区外时变化大;喷嘴直径越小,物料在气流冲击作用下产生流态化状态所需的 喷嘴出口风速就越高,当喷嘴直径由10mm增至20mm时,喷嘴直径15mm时获得的干燥指标最好; 喷嘴间距增加,物料流化所需的喷嘴出口风速增加,但喷嘴间距在60到100mm,82.5mm喷嘴间距 所获得的干燥指标最好;喷嘴高度在50~90mm时之间变化时,对射流冲击物料流化所需的喷嘴出 口风速影响不大,但在90mm高度时的干燥指标值最佳;最佳的喷嘴相对面积是2.94%,最佳的喷嘴 高度与直径的关系比是6:1。 3.提高物料流化程度,能耗降低、汽化强度提高;在最佳结构因素组合时,当喷嘴出口气流冲 击速度在38.71~53.40m/s,气流温度从60升到150℃,物料含水率在36.3%(w.b)时,得到单位时间 降水幅度最高为7.12%(d.b)/min、最高汽化强度为36.6kgH_2O/h.m~2,干燥时间10分钟时的平均汽化强 度为14kgH_2O/h.m~2、最高传热系数为191.3w/m~2·K,相对应的Re数为39341.11,最低的传热系数为 152.7w/m~2·K,相对应的Re数为29582.87、最高面积风量去水量为20.3g H_2O/m~2.m~3/s,最低为0.3g H_2O/m~2.m~3/s;一级干燥试验,最高能耗为246970kJ/kg H_2O,最低为12750kJ/kg H_2O。 5.烤制面点食品,其烘焙时间比常规红外烤箱缩短时间近50%;气流温度为150℃左右,可使 物料达到表面松脆的效果;而要使其表面达到焦黄,气流温度一般在177℃左右;表面达到烧烤的 效果,气流温度在205℃左右;可以用于果蔬预处理中的杀酶工序,但最佳温度与处理时间仍需进 一步试验研究。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:S375

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【引证文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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