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第 30 卷 第 4 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.4 286 2014 年 2 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2014 水果在热风干燥中的水分扩散分形模型 ※ 张 赛，陈君若 ，刘显茜 （昆明理工大学机电学院，昆明650500 ） 摘 要：为了探讨水果在热风干燥过程中微观结构变化对水分扩散规律和干燥速率快慢的影响，该文用迂曲分形 维数描述了香蕉内部孔道分布的联通性，用面积分形维数描述了内部孔道的不均匀性。研究表明，在有效扩散系 数-香蕉厚度平方线形变化关系图中，轴向扩散系数大小为直线在 Y 轴上截距，径向扩散系数大小为直线斜率，并 且轴向扩散系数远大于径向扩散系数，水分扩散系数在干燥样本中径向与轴向的巨大差异表明了香蕉在结构上具 有异质性。随着面积分形维数的增大，导致干燥时间减小和有效扩散系数增大。由孔隙率与孔径比的变化而导致 干燥时间和有效扩散系数的变化与面积分形变化引起的规律相近。随着迂曲分形维数的增大，使得干燥时间增加 和有效扩散系数减小。扩散系数随体积变化率成对数增加。该研究可为脱水果蔬干燥技术研究提供参考。 关键词：干燥；模型；分形；有效扩散系数；含水率；收缩 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.04.035 中图分类号：TK121 文献标志码：A 文章编号：1002-6819 2014 -04-0286-07 张赛，陈君若，刘显茜. 水果在热风干燥中的水分扩散分形模型[J]. 农业工程学报，2014，30 4 ：286－292. Zhang Sai, Chen Junruo, Liu Xianxi. Diffusion fractal model of fruit moisture in hot air drying[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE , 2014, 30 4 : 286 －292. in Chinese with English abstract 效扩散系数与时间的 3 种关系，与温度的 2 种关系， 0 引 言 把包括含水率、温度、收缩、时间和温度参数的有 水分扩散系数是控制果蔬干燥动力学最重要 效扩散系数代替 Fick 定律中常数扩散率，结果发现 的参数。果蔬在干燥过程中由于水分蒸发和热质传 随温度线性变化且随时间指数-线性-线性变化的扩 递梯度的存在，导致体积收缩，收缩现象影响物料 散率模型最接近试验值。。Souraki 等[14]利用扩展 的扩散系数和干燥速率[1-4] 。果蔬归类为多孔介质， 的 Fick 的解求解出轴向和径向扩散与干燥速率的 其孔道尺寸大小符合 Fick 扩散的规律，是因为果蔬 关系，结果显示轴向扩散大于径向扩散，在只考虑 内部孔隙直径大于流体分子自由行程。在此规律 轴向收缩的情况下，径向扩散系数下降速度小于轴 下，扩散完全由不受壁面任何作用的分子无规则运 向扩散，由 Arrhenius 方程获得有效扩散系数与温 动引起，通过外表已干层的扩散过程为分子扩散过 度的关系。Zie