果蔬颗粒在干燥过程中的应力分布的研究

【摘要】：热风干燥球形果蔬颗粒,随着物料内水分向外扩散脱水,使物料的组织出现收缩、半径减小、体积减小等现象,还会使物料在水分扩散方向产生较大的湿度梯度,从而导致在水分扩散方向有较大的径向应力；物料体积减小,就会使干燥前相对于大的体积要缩小到更小的体积,在切向方向产生较大的挤压,从而就产生较大的切向应力。本文针对热风干燥果蔬颗粒物料产生的收缩与物料应力分布问题进行了理论研究。 首先基于力平衡条件与流变学中的粘弹性理论建立了球形果蔬颗粒干燥应力模型,将物料干燥过程中产生的应力随物料平均干基含水率变化的非线性关系应用于物料各离散单元,分别对粘弹性模型与弹性模型在球形果蔬颗粒的应力分布情况进行研究。结果表明：在干燥过程中,弹性模型的径向压应力和切向拉应力最大值都要比粘弹性模型的径向压应力和切向拉应力最大值大一些；切向拉应力最大值出现在外表层,径向压应力最大值出现在里层；切向拉应力最大值约为1.2Mpa,径向压应力最大值约为0.9Mpa,切向拉应力比径向压应力要略大一点；粘弹性模型的应力在达到最大值后一段时间,径向压应力会转变为径向拉应力,表层切向拉应力会转变为切向压应力,里层的切向压应力会转变为切向拉应力,出现应力反向现象；粘弹性模型更适合用来描述果蔬颗粒。 其次基于上面粘弹性模型与弹性模型的比较,运用粘弹性模型先取不同的初始含水率和相同相对湿度的热空气使平衡含水率相同进行计算,再以相同含水率和不同的相对湿度热空气使平衡含水率不同进行计算,结果表明：以较高初始含水率干燥产生的应力都比较低初始含水率干燥产生的应力要大,取不同的热空气相对湿度范围在6.5%-10%时进行干燥对干燥过程中产生的应力最大值几乎没有影响；在干燥初始阶段,初始含水率对径向应力与切向应力的影响都比较大,而热空气相对湿度范围在6.5%-10%时对干燥初期几乎没有影响,在干燥后期,初始含水率和热空气相对湿度对径向应力与切向应力的影响都非常小。 最后在干燥前使物料初始温度分别达到30℃、45℃和60℃,然后取不同的热风干燥温度使之保持在与初始温度相等,使整个干燥过程为恒温干燥,这样物料内没有温度梯度的存在。运用粘弹性模型研究干燥热风温度对干燥过程中物料应力分布情况的影响。结果表明：T=60℃的应力曲线比其它较低温度曲线要更早达到应力最大值且最大值也比其它较低温度要大。