【摘 要】
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茯砖茶是一种极具特色的黑茶系列产品,其价值主要依赖于发酵工艺中产生一种有益的菌体—“金花菌”。烘房是茯砖茶发酵的主要生产场所,为茶砖内部“金花菌”生长提供适宜的温湿度环境。然而,当前茯砖茶烘房投入使用后存在室内温湿度分布不均的问题,同一批产品不能达到同步发酵,影响了产品的合格率和经济价值。基于以上问题,本文主要研究了单块茶砖发酵过程中的热湿传递特性,并针对实际烘房气流组织提出了优化方案,主要的研究
【基金项目】
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“陕西省科技创新团队项目”（2018TD-019）； “陕西省自然科学基础研究计划项目”（2018JM3038）； “国家自然科学基金”（51478386）；
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茯砖茶是一种极具特色的黑茶系列产品,其价值主要依赖于发酵工艺中产生一种有益的菌体—“金花菌”。烘房是茯砖茶发酵的主要生产场所,为茶砖内部“金花菌”生长提供适宜的温湿度环境。然而,当前茯砖茶烘房投入使用后存在室内温湿度分布不均的问题,同一批产品不能达到同步发酵,影响了产品的合格率和经济价值。基于以上问题,本文主要研究了单块茶砖发酵过程中的热湿传递特性,并针对实际烘房气流组织提出了优化方案,主要的研究工作如下所示:首先,基于茯砖茶非饱和多孔介质的特性,阐明了茯砖茶发酵过程中物料内部存在的3种热量传递途径:导热、热对流和相变;3种传质机理:气相的分子扩散、液相的毛细效应和对流。建立了茯砖茶发酵热质耦合模型,并通过发酵实验验证了模型的有效性,绘制了茯砖茶发酵特性曲线,获得了茯砖茶发酵期间内部液相水饱和度的空间分布规律和热湿负荷。其次,以陕西省咸阳市某茯砖茶烘房为原型,建立了烘房内湿空气的流动与传热的三维数学模型,将满库状态下（放置4320块相同规格茯砖茶）的烘房发酵工艺第一日的热湿负荷作为设计热湿负荷,计算得到烘房的设计热湿负荷分别为4.44 k W和1.69 g/s。并根据烘房室内温度基数及其允许波动范围要求,确定了6℃～9℃送风温差下的送风参数,研究了送风温差对热泵烘房气流组织的影响,并通过温度不均匀系数和空气分布特性指标（Air Diffusion Performance Index,ADPI）对货物区测点气流组织进行了评价。研究表明:送风温差为6℃时气流组织的均匀性和合理性最好,其温度不均匀系数和ADPI分别为0.057和53%。最后,通过对烘房温湿度测试实验数据和模拟结果的分析,阐明了烘房气流组织不合理的主要原因有:均流板布局不合理、送风管道存在端部效应和热空气浮升过快使得货架下部区域换热不充分。为了保证均流板孔口出流均匀,增强热空气在货架下部区域换热,本文提出在保证孔口半径不变的前提下,沿着热空气在送风管道内的流动方向,减少均流板开孔行数,据此提出了三种均流板孔口阵列的优化方案。结果表明:对比实际均流板的孔口阵列方案,3种优化方案下货物区的温度不均匀系数降低了0.025～0.035,ADPI增加了12%～31%,改进效果最为显著。本文通过理论和实验研究,阐明了茯砖茶发酵过程中的热湿传递机理,获得了茯砖茶热湿传递特性;确定了最佳送风温差,提出了能够有效降低烘房内货物区温度不均匀系数、提高ADPI的均流板孔口阵列。本研究对优化茯砖茶烘干房的气流组织具有较大参考价值,对其他类型烘房的优化设计有一定指导意义。
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