稻谷的干燥是其储藏的重要条件之一,根据国家统计局数据显示,我国每年因干燥问题而造成粮食损失不低于5%,因此对稻谷进行干燥研究具有重大意义。稻谷籽粒由外壳、胚乳和稻糠组成,外壳在稻谷干燥时阻碍籽粒内部水分迁移,这就导致了稻谷是一种难以干燥的材料,其干燥特性与其他谷物不同。微波作为一种新能源,稻谷在电磁波作用下产生内热源,稻谷籽粒内部温度梯度和水分梯度都是从内向外进行传递,干燥时内外水分可同时汽化,有较好的干燥效果。微波干燥具有穿透性强、稻壳可透性好、干燥速度快,且加热较均匀等特点。本文以研究稻谷微波干燥特性为出发点,综合运用传热传质学、多孔介质理论和机械设计等学科知识,建立了稻谷传热传质模型,通过实验分析和数值模拟,深入研究了稻谷微波干燥特性,构建了适合描述稻谷微波干燥过程的动力学模型,并根据微波功率,初始温度和间歇时间对稻谷微波干燥特性的影响,采用非线性优化函数Fmincon优化稻谷微波干燥模型,利用COMSOL软件建立了电磁场、传热场和稀物质传递三向耦合模型,发现了稻谷籽粒内部温度和湿度分布变化规律,以稻谷微波干燥试验和仿真研究为基础完成了微波干燥实验装置设计与优化,为微波加热在食品干燥中的应用和稻谷微波干燥设备的设计开发奠定了理论基础。本文主要内容如下:(1)稻谷的微波干燥特性理论研究在稻谷生理特性和结构参数的基础上,分析了稻谷微波干燥机理,研究得到稻谷微波干燥质热传递模型,确定了传热传质模型的边界条件和初始条件,分析和讨论了稻谷微波干燥动力学理论,为稻谷微波干燥工艺提供理论依据,并为后期稻谷微波数值模拟和稻谷微波干燥装置的设计奠定理论基础。(2)稻谷的微波干燥特性实验研究完成了稻谷微波干燥单因素实验设计,分析了不同工艺参数对稻谷微波干燥特性的影响,研究发现了稻谷内部水分分布和温度变化规律。建立了适合描述稻谷微波干燥过程的动力学模型,并根据微波功率,初始温度和间歇时间对稻谷微波干燥特性的影响,采用非线性优化函数Fmincon优化稻谷微波干燥模型。(3)稻谷微波干燥数值模拟利用COMSOL Multiphysics软件将稻谷干燥特性、麦克斯韦方程组与热传导方程相联系,建立了电磁场、传热场和稀物质传递三向耦合模型,设定了仿真边界条件,完成了稻谷微波加热过程中传热传质模拟计算,发现了稻谷籽粒内部温度和湿度分布变化规律,仿真结果与实验得到的结果进行对比分析可知,两者之间的温度和湿度变化有一定的差别,但整体变化趋势相同,说明了稻谷微波干燥特性的三维仿真模型能够较好地反应干燥特性,也进一步验证了仿真结果真实性。(4)稻谷微波干燥特性实验装置设计与优化设计开发了 一种高效的稻谷微波干燥实验装置,整个装置由干燥箱体、干燥机构、送料机构、除湿机构,以及与干燥箱体一端固定的控制器五个部分组成。完成了实验装置整体结构设计和主要部分设计,并对装置具体实施方式做出了说明。通过送料电机带动螺旋上料桨将谷物自动送入干燥箱体内部,并通过驱动电机带动驱动轴转动,增加谷物干燥均匀性;采用抽气泵将装置工作时产生的含有水汽的高温气体抽出,对进料筒内部的谷物预热,提升了谷物干燥效率;通过回气罩吹出的热风向上流动,实现微波与热风耦合加热。