单颗种子导热系数的测定和传热过程实验研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学学术会议 单颗种子导热系数的测定及传热过程实验研究 诸凯褚治德李汛窦志林 (天津大学热能工程系天津300072) 摘要 对于种子干燥方面的研究．大多是针对其宏观传热传质即干燥动力学方面．本文采 ’ 用热成象技术对单颗蚕豆种寻-的传熟过程进行了研究。用实验求解导热方程反问题的方 法计算出不同含水率下单颗种子的导热系数，对种子在非稳态下内部温度场进行了测试 与分析。研究结果表明，在含水宰小于20％时，其导热系数随着含水率的增加而增大， 当含水率大于25aA时则表现出较强的非均质性和非稳态性．对单颗蚕豆种子内部温度 场测定而得到的种子热剖面温度分布表明，种子内部存在温度梯度其热扩教具有均匀 性，同时反映出种皮传热热阻的存在．这些结果对于深入研究种子内部的传热传质机理． 具有重要的实际意义． 关键词种子，导热系数，热象 1．前言 谷物种子是典型的植物性古湿多孔体材料，特殊的生物性决定了这类材料具有很强 的热敏性和湿敏性．对于这类物料干燥机理的研究，加拿大、日本、美国、新西兰等国 学者都做了大量的工作11-3],我国的科技工作者也取得不少成果．种子干燥历来为国内 外学术界所关注，近年来我嗣对蔬菜种子的干燥亦在起步研究“’”，这些研究大多是针 对种子的宏观传热传质即干燥动力学方面的，或者说是整体种子堆传热传质的宏观表 现．欲对种子内部传质机理做深入的研究，首先要研究单颗种子的传热特性．种子属于 生命材料且几何形状复杂．其导热系数测试实验模型的建立比较困难并且存在无法避免 的误差．研究将有较大的难度且研究的结论必须以种子的活力不受到影响为前提．否则 将失去研究的意义，所以目前肘此方面的研究尚不多见．本文以蚕豆种子为研究对象． 考虑到蚕豆的形状及体积较之其它种子易于实验．意在摸索研究经验和初步掌握传热特 性的基础上，再过渡到其它种子．通过实验探讨种子含水率与导热系数的关系及内部温 度场的变化规律，这些研究将：茸助于深入了解种子的传热特性． 2．实验研究 田家重点自然科学基金资助项目 Ⅶ一20 ·。≮：．吨强一一“一。7．’ 本实验采用cTG—l，型风冷式黑体(结构类 。铤≯一≈：。j． 1似美国’IR．公司：删搿滕为单颗种子的辐射 加热源。它一般用做红外系统和测温仪的标准 辐射源，其发射率为0．99，温度可调．将单 颗蚕豆种子嵌入保温块中间，一端贴近黑体炉 和热电偶。从开始加热至种子的外表面温度基 本恒定，在此期间均可用热象仪瞬间测得种子 图1．单颗种子热象测试实验装置 受热面和外表面的温度场及用热电偶测得种子 的升温曲线。 560 u 采用红外光谱仪(NIc0LETE．s．P．)测得的蚕豆种皮在2．8-14m波段的吸收光 谱，可以得知几个较大吸收峰所对应的波长，由光谱吸收曲线，根据种子干燥温度范围 及热电偶校和，确定其发射率为0．95。 为了有利于重点探讨单颗种子的传热特性，做了如下几点假设：1．在种子含水率低 于20％并且受热温度不高的情况下，视为均质同性。2．忽略种子几何形状的误差并按 一维稳态导热过程处理。3．忽略蒸发潜热且实验过程中视质扩散为常量。 热象仪接收的是被