烟草行业对我国国民经济有重要贡献,其中烟叶干燥环节不仅会消耗大量的能源,同时也会造成环境污染的问题。因此,研究烤房内的热湿环境可改善烟叶烘烤品质,也可为烤烟工艺优化、烤房热源匹配和节约能源提供试验参考,达到提质增效的目的。本研究选用烤烟品种K326为试验材料,以下降式密集烤房为研究对象,根据“三段式”密集烤房干燥工艺,结合多孔介质传热传质理论、CFD数值计算,模型拟合和试验测试方法对烟叶干燥周期内的变黄期、定色期和干筋期烤房内热湿环境、风速和烟叶干基含水率等参数进行研究。同时对烤房围护结构热损失和内除湿,外加热双循环热泵系统性能系数进行分析,将模拟结果和试验结果对比验证得到的主要结论如下:(1)通过变孔隙率和水分迁移方程的条件设置,对比分析模拟值与试验值的一致性,模拟结果表明:在变黄期烤房内压力平均值约46Pa,烤房上部平均风速约3m/s,下部平均风速约1m/s,装烟区平均风速约0.2m/s,空气含湿量平均值约0.05kg/kg,相对湿度相对饱和,围护结构最大热流密度为97 w/m~2;在定色期烤房内压力平均值约98Pa,烤房上部平均风速约4.5m/s,下部平均风速约2.5m/s,装烟区平均风速约0.4m/s,空气含湿量约0.035 kg/kg,相对湿度平均值约50%,围护结构最大热流密度为320 w/m~2;在干筋期烤房内压力平均值约46Pa,烤房上部平均风速约3m/s,下部平均风速约1m/s,装烟区平均风速约0.2m/s,空气含湿量约0.025 kg/kg,相对湿度平均值约17%,围护结构最大热流密度为510w/m~2。(2)对烤房散热和烟叶水分分析发现,干燥周期内通过烤房门、屋顶、墙体的传热量均值为220w,2630w,8910w,总传热量约1835kw,相当于227.8kg标煤的热量。干基含水率呈现慢、快、慢的趋势,模型拟合函数结果为:W=5.14-0.029t+2.91t~2,回归决定系数为0.99。(3)通过试验测量计算结果表明:烤房内露点温度平均值为33.6℃,含湿量平均值为0.0332kg/kg,烟叶质量从44g下降至9g,烟叶中水分质量从36g下降至2g,干基含水率从5kg/kg下降至0.2kg/kg。绝干烟叶质量平均值为9.37g,在定色期烟叶失水量最多约为8g,在变黄期干燥速率最大约为0.00002kg/(kg·s)。(4)对热泵性能和经济性分析发现,内除湿和外加热系统平均制热量分别为15.49kw,15.72kw,压缩机平均压缩功分别为3.49 kw,3.72kw。内除湿系统COP平均值为3.23,外加热系统COP平均值为3.35。通过经济性分析可知回收成本大约需要5年,同时在设备寿命内可以节省资金约14025.6元,将热泵用于烟叶干燥具有经济和环境双重效益。