超声联合远红外辐射干燥设备的研制与试验研究

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文超声联合远红外辐射干燥设备的研制与试验研究EquipmentDevelopmentandExperimentalStudyonUltrasoundCombinedFar-infraredRadiationDrying学位申请人：苗帅指导教师：刘云宏副教授一级学科：食品科学与工程二级学科：食品机械与工程学位类别：工学硕士2016年05月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南科技大学或其它教育机

2、构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解河南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校拥有对所有学位论文的复制权、传播权、汇编权及其它使用权（特殊情况需要保密的论文应提前说明，但在解密后应遵守此规定）。需要保密的论文请填写：本学位论文在年月至年月期间需要保密，解密后适用本授权书。（需要保密的学位论文无须向图书馆提供论文的电子文档）研究生签名：导师签名：日期：万方数据摘要摘要热风干燥是常用的干燥方式，传统的热风干燥能耗大，干燥速率慢，且干燥后的产品质量

3、较差。物料干燥快慢主要取决于物料内部质热传递的难易，若采取有效措施促进物料干燥过程中的质热传递，将有助于实现物料快速、高质的干燥。远红外辐射具有改善物料传热的优点，超声强化干燥技术具有促进物料传质的特点，将远红外辐射与超声技术相结合，理论上可同时改善物料的传热与传质状况，从而提高干燥速率与产品品质。本研究将超声技术与远红外技术相结合并应用到干燥中，自行研制了超声联合远红外辐射干燥设备，并进行了试验研究。超声系统主要由三部分组成：超声发生器、换能器及振动盘。超声发生器产生振荡信号，振荡信号传递到换能器后，在换能器内产生能量转换，换能器将其转换的声波传递给物料；通过设计选择不同的元

4、件，并经过阻抗及调谐匹配，最终选用他激式振荡电路为超声波振荡电路；而换能器则选用机电转换率较高、功率为60W的喇叭形换能器；根据功率密度，最终确定振动盘的直径为16cm，经装配、调试，所研制超声系统符合试验要求。分别以苹果、南瓜为研究对象，利用所研制的超声设备进行热泵及热风干燥的强化。研究不同干燥条件对南瓜片及苹果片干燥特性的影响，利用扫描电镜研究超声对苹果片微观结构的影响；研究了不同干燥条件对苹果片色差及对南瓜片中维生素C含量的影响。结果表明：随着超声功率和温度的增加，物料所需干燥时间逐渐缩短，随着厚度的减少，物料所需干燥时间也随之缩短，平均干燥速率逐渐增大，且附加超声可降低

5、苹果片与新鲜苹果的色差；超声对干燥速率的影响随着物料干基含水率的降低而减弱；当温度较低、厚度较薄时，接触式超声对干燥的强化效果较好，但其随着物料温度的升高、厚度的增大，干燥速率逐渐降低；附加超声之后，苹果片及南瓜片的有效水分扩散系数值分别比无超声作用提高了14.5%~51.4%与7.5%~62.6%；电镜检测结果表明，经超声处理的苹果片，其组织内部的孔洞明显增多与增大，有利于物料内部水分迁徙与扩散。远红外辐射系统主要产生热辐射，可将热量直接穿透到物料内部进行加热，可提高物料内部传热；热风干燥箱是物料和热风进行换热的场所，通过控制箱可控制超声功率、远红外辐射板温度及热风温度，可通

6、过调节远红外辐射板的高低来控制物料与远红外辐射板之间的距离。通过物料衡算及热量衡算确定陶瓷远红2外辐射板为远红外辐射源，确定远红外辐射板的面积为0.0174m，以选用40W风机作为风力装置，并以不锈钢材料作为热风干燥箱内腔壁，选择铁铬铝合金电阻丝作为热风干燥箱加热电阻丝。I万方数据摘要以南瓜片为试材，利用所研制的超声联合远红外辐射设备进行了干燥特性、品质特性及能耗的研究。研究结果表明，远红外辐射板温度越高，热效率越高，有利于提高干燥速率及缩短干燥时间；分别附加30W、60W超声，干燥时间比未施加超声的常规干燥所需时间缩短13.3%、26.7%，而干燥速率则比无超声作用提高15.

7、2%、36.1%，说明接触超声可有效强化物料内部的传质过程；附加超声，物料色差值降低，随着超声功率的增加，色差值逐渐减小；有效水分扩散系-9-92数的数值的范围为0.98×10~2.85×10m/s，且其值随着超声功率及远红外辐射板温度的提高而增大，方差分析结果表明，两者对干燥过程中物料的传质特性有协同影响；将远红外辐射加热技术与接触超声强化技术联合用于干燥，可对物料的质热传递产生协同强化，从而在提高干燥速率的同时提高产品品质。关键词：超声；远红外辐射；干燥；干燥设备；干燥特性；论文类型：应