果蔬多孔介质干燥收缩变形是影响其干燥品质与效率的重要因素之一,与其干燥过程中热质传递及应力应变机制密切相关。近年来,随着人们生活水平的提高,关于果蔬多孔介质干燥品质的研究越来越受到重视,采用数值模拟的方法研究果蔬多孔介质干燥热质传递及应力应变机理已成为国内外学者研究的热点。然而,目前传统的连续性方法在模拟过程中忽略了果蔬多孔介质内部复杂的孔隙结构对多孔介质干燥过程的影响,模拟结果与其实际干燥过程相差较大,不能合理的解释果蔬多孔介质实际干燥过程中产生的非规则收缩变形现象。因此,针对上述问题,本文选取苹果作为果蔬多孔介质的典型代表进行热风干燥试验与孔道网络热质传递及应力应变模型模拟研究,深入了解果蔬多孔介质的干燥机理。本文主要的研究内容如下:(1)构建果蔬多孔介质干燥的孔道网络物理模型。采用孔道网络干燥理论对实际多孔介质进行网格提取构建孔道网络物理模型。通过实验测量的方法测定了实际苹果多孔介质的孔隙率、孔隙直径、配位数等参数,并与孔道网络物理模型的模型参数一一对应,使孔道网络干燥理论能够很好地应用于果蔬多孔介质干燥热质传递及应力应变的研究与分析。(2)果蔬多孔介质干燥热量传递、质量传递及应力、应变数学模型的建立。通过分析果蔬多孔介质干燥过程中热量传递机理、质量传输机理和干燥物料产生的干燥应力及应变的机理,构建出孔隙尺度上的果蔬多孔介质干燥传热传质及应力应变的数学模型。(3)果蔬多孔介质干燥数学模型的数值模拟求解。采用数值法对构建的传热传质数学模型和应力应变数学模型进行求解。采用MATLAB与Visual C++联合编程开发出用于干燥数学模型求解的孔道网络模拟求解程序。该模拟程序主要包括物理模型构建、数学模型求解和数据处理分析三个主模块,可对果蔬多孔介质干燥过程进行实时显示、数据记录与存储和数据分析。(4)果蔬多孔介质热风干燥试验研究及连续性假设的数值模拟。采用苹果进行热风干燥试验研究,测量苹果切片在干燥过程中的温度、湿分及收缩变形数据,获得相应的干燥特性曲线和收缩变形曲线。采用连续性方法对苹果进行模拟分析,获得苹果切片的湿分场、温度场及相应的应力分布情况。(5)果蔬多孔介质孔道网络模拟结果与连续性模拟结果及热风试验结果的对比分析。通过模拟数据与试验数据的对比,结果表明孔道网络模拟方法能够更好地反映果蔬多孔介质实际干燥过程。孔道网络模拟结果显示毛细应力是造成果蔬多孔介质产生收缩变形的主要原因。不同结构参数的孔道网络模拟实验表明孔隙率越大,干燥时间越长,平均温度越低,毛细应力随孔隙率的增大而减小,湿应力和热应力增大;配位数越大,干燥时间越长,平均温度越高,毛细应力随配位数的增大而增大,湿应力和热应力减小;均一直径分布下干燥快,平均温度高,毛细应力、湿应力和热应力大,而实验物料分布和正态分布下干燥慢,平均温度低,毛细应力、湿应力和热应力均比均一直径分布的小。本文的研究结果能够为后续果蔬多孔介质干燥过程的深入研究奠定理论基础,同时可以给制定合理的干燥工艺和干燥品质的研究提供理论参考。