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保鲜运输用高压雾化加湿系统湿度调节特性的试验

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-08-23  来源:中国除湿机网  作者:[db:作者]  浏览次数:265

  相对湿度是果蔬保鲜运输环境中的重要参数之一,对果蔬品质具有重要的影响。在气调保鲜集装箱中采用高压雾化加湿系统,研究了高压雾化过程中空气压强、流量、流速、喷雾量和雾滴大小等因素之间的相互关系。国内果蔬运输中,加湿系统的研究和应用还较少,多采用在地板洒水等方式增加运输箱体内湿度,易滋生细菌。

  高压雾化加湿作为果蔬运输中应用的一种主要加湿方式,其利用压缩空气在雾化喷头内形成局部负压产生虹吸作用,将水与空气混合雾化后形成大量细小水雾喷出,具有加湿效率高,维护成本低、使用寿命长等优点。

  然而,高压雾化加湿的雾化颗粒大小与喷嘴大小有关,喷口大,颗粒雾化不良,易将果蔬包装箱打湿;喷口小,颗粒雾化较好,但易堵塞,工作可靠性差。此外,加湿特性还与运输箱体的结构设计、通风风速、回风道长度等因素有关。为解决高压雾化加湿在果蔬保鲜运输中存在的问题,并优化加湿系统的设计,本研究建立了高压:2010-10-12修订日期:2011-05-05基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-33-13);广东省科技计划资助项目(2008B021200008);广东省自然科学基金资助项目(10151064201000038);广州市农业科技项目(2011);广东省科技计划项术与装备。广州华南农业大学图书馆,510642Email:xthanstu.scau.edu.cn※通信作者:陆华忠(1963―),男,浙江天台人,教授,主要从事农业工程和车辆工程研究。广州华南农业大学工程学院,510642Email:huazluscau.edu.cn,27(7):雾化加湿系统试验平台,在箱体结构、回风道风速、开孔隔板开孔率、回风道长度等方面对高压雾化加湿系统的湿度调节特性进行了研究。在国内外研究基础上,对湿度的空间分布进行了试验研究,提出利用瓦楞纸箱抗压强度的变化反映系统加湿效果的方法。试验结果为果蔬保鲜运输用加湿系统的设计提供依据。

  1试验装置及方法为研究高压雾化加湿系统的湿度调节特性,建立了高压雾化加湿试验平台,如所示。

  保鲜箱体采用厚度为12mm的有机玻璃制作,箱体规格(长X宽X高)为2.38mX1.28mX1.40m,开孔隔板将保鲜箱体分为3部分,开孔隔板前部为压力室,后部为保鲜室,顶部为回风通道。其中压力室规格(长X宽X高)为0.40mX 1.10m,回风通道横截面(宽X高)为0.20mX0.10m,回风道长度可调。回风通道前部设有风机,利用风机的吸力在试验箱体两端形成压差,使箱体内部气体实现循环流动。通过变频器控制循环风机转速,得到不同风速。另外,开孔隔板上均匀设置不同数目的圆孔(圆孔直径均为60mm),得到不同的开孔隔板开孔率。

  雾化喷头采用广州奥工喷雾设备有限公司产型号为D1/4-SS-SUF2C虹吸式雾化喷头。循环风机采用HYA250型风机,最大静压为860Pa,最大风量500m3/h,最大转速为2800r/min.风速为台湾产AZ8901型风速,准确度为±2%.便携式湿度计为台湾产CENTER310,精度为±2.5%.湿度检测采用LU-R3000型多路温湿度检测系统。该系统可以对16路温湿度传感器进行实时采样,利用计算机串口进行数据传送。湿度传感器采用4力示值精度<±1%,位移示值精度<±0.5%,变型示值20mA电流信号,量程为0100%,精度为±3%.抗压精度±1%.试验机型号为WD-E精密型微控电子式万能试验机。测1.便携式湿度计2.上位机3.温湿度检测仪4.试验箱体5.控制传感器6.湿度传感器触点7.回风道8.风速仪触点9.循环风机10.变频器11.风速仪12.储水箱13.人机交互界面14.数字量输入输出模块15.输入模块16.主机模块17.空气压缩机18.气路稳压器19.气路电控阀20.压力室21.压力室湿度触点22.开孔隔板23.保鲜室高压雾化加湿系统试验平台结构图Fig.1Schematicofhighpressure通过初步试验,发现开孔隔板开孔率、风速、回风道长度对加湿性能影响较大。结合项目经验、试验及国内外相关研究成果,本文选定这3项因素作为试验因素。隔板开孔率水平值分别为:2.52%、7.56%、15.10%和22.66%;风速水平值分别为:4、6、8和10m/s;回风道长度水平值分别为0、0.5、1和1.5m.在各项试验因素的不同水平值下,重复试验3次取平均值,对试验数据进行对比分析。并对各项试验因素不同水平下的16路湿度传感器的试验数据进行显著性分析,判断开孔率、风速和回风道长度对加湿性能的显著性影响。

  为研究加湿系统的加湿效果,进行瓦楞纸箱抗压强度试验,测量湿度处理前后瓦楞纸箱抗压强度的变化。

  选取瓦楞包装箱作为研究对象,瓦楞包装箱为单层瓦楞纸箱,瓦楞纸箱规格(长X宽X高)为32cmX15.5cm X26.5cm,瓦楞纸箱内为空,采用满箱堆的方式进行试验。分别在保鲜室和压力室放置试验样本。由于保鲜室顶部设回风道,实际装载时,瓦楞纸箱不能刚好排到顶部,箱内顶部留有空隙。满箱堆时,保鲜室内容纳瓦楞纸箱个数为198个。由于雾化颗粒需在压力室内有足够的空间与空气充分接触进行二次蒸发,所以在压力室最底部放置3个试验样本。另外,在相对湿度为70%的外界环境中放置30个试验样本,作为参照样本。

  采用可编程控制器对保鲜室内的湿度进行调控,将湿度控制值设定为90%,试验时温度为27C,压缩空气的压力为3kg/cm2,保持喷雾量恒定(16g/min),在开孔隔板开孔率为7.56%,风速为8m/s,回风道长度为1.5m的情况下,进行瓦楞纸箱的满载试验。所有试验样本按照GB/T10739-2002经过24h处理后,在压力室、保鲜室前部、中部、后部和参照样本中分别随机抽取6个样本进行抗压试验,取平均值,通过试验数据验证箱体结构设计的可行性。WD-E精密型微控电子式万能试验机设置加载速度为10mm/min.根据GB/T6543-2008,瓦楞纸箱最小抗压力计算公式为其中,P为抗压强度值,N;K为强度安全系数;G为瓦楞纸箱包装件的质量,kg;H为堆码高度一般不高于3000mm,mm;h为瓦楞纸箱高度,mm.由于瓦楞纸箱质量为0.3kg,强度系数选择1.65,堆码高度为1325mm,代入式(1)得由式(2)可得试验选取瓦楞纸箱的最小抗压强度值为研究保鲜室内的湿度分布情况,模拟运输环境,进行湿度分布试验。在保鲜室内放置规格(长X宽X高)为32cmX15.5cmX26.5cm的瓦楞纸箱,瓦楞纸箱内装有广州产香蕉,研究高压雾化加湿系统的湿度调节特性。

  2结果与分析2.1箱体结构对高压雾化加湿效果的影响由表1可知,参照样本的抗压强度值为30.5N,大于最小抗压强度值;经过24h湿度处理后,保鲜室前部、中部和后部的试验样本抗压强度分别为22.1、25.4和20.3N,均大于最小抗压强度值。保鲜室后部的试验样品距离开孔隔板最远,但抗压强度下降最明显,这是由于在保鲜室底部设有通风槽,湿气通过回风槽达到保鲜室后部,在回风道处聚集,使得保鲜室后部的相对湿度明显高于保鲜室前部和中部而引起的。

  放置于压力室内的瓦楞纸箱抗压强度下降明显,其抗压强度为13.9N,低于由式(2)计算出的最小抗压强度值19.4N;保鲜室内18个试验样本的平均抗压强度为22.6N,明显大于压力室内的瓦楞纸箱的抗压强度,这表明保鲜箱体开孔隔板的结构设计有利于加速液滴雾化,防止果蔬包装箱抗压强度降低。

  表1高压雾化加湿对瓦楞纸箱抗压强度的影响样本序号试验样品位置压力室/N保鲜室前部/N保鲜室中部/N保鲜室后部/N参照样本/N平均抗压强度/N 22开孔率和风速对加湿的影响空箱状态下,保持喷雾量恒定(16g/min),选取开孔率和风速进行二因素四水平的全因素试验。试验时温度为27C,压缩空气的压力为3kg/cm2,测量不同开孔率和风速下,箱体内16路湿度传感器平均相对湿度的变化。由于不同风速和开孔率下的试验结果具有相似性,所以以风速为8m/s下不同开孔率试验和开孔率为7.56%下不同风速试验进行分析。

  如所示,以空箱状态下循环风机的风速为8m/s为例,开孔率为7.56%和15.10%时,加湿速率较大。当开孔率为2.52°%和22.66%时,高压雾化系统的加湿速率明显减小。当开孔率过小时,压力室风压过大,雾化后液体小颗粒容易在风压的作用下直接附着在箱体壁上,使二次蒸发的效率降低;当开孔率过大时,压力室内部风压过小,气体对流较弱,导致液体小颗粒进行二次蒸发的速率减慢,从而降低了加湿效率。因此,开孔率为7.56%和15.10%时,加湿速率较为理想。

  注:风速为8m/s如所示,以空箱状态下开孔隔板的开孔率为7.56%为例,当风速为10m/s时,高压雾化系统的加湿效率最低;当风速为6和8m/s时,加湿速率显著增大。风速过高或过低,均对高压雾化加湿系统的加湿速率产生不利影响。

  注:开孔率为7.56% 2.3回风通道长度对加湿的影响在箱体正中部的横截面内,以4X4的布点方式均匀布置16路湿度传感器,保鲜室内为空,试验时温度为27C,压缩空气压力为3kg/cm2,在开孔率为7.56%,风速为8m/s的情况下,回风通道长度依次选择0、0.5、4个水平(保鲜室长度为1.98m)进行试验,当保鲜室内相对湿度达到93%时,记录16路湿度传感器的数值,以研究回风通道长度对于高压雾化加湿效果的影响。试验结果如表3所示。

  表3回风通道长度对相对湿度分布的影响平均值/%标准差变异系数/% a.横截面b.纵截面传感器布点及包装箱堆栈方式从表3可以看出,回风通道长度越长,箱体内各点相对湿度的标准差和变异系数值越小,表明各点相对湿度离散化程度越小,箱体内湿度分布越均匀。因此,通过开孔率、风速和回风道试验,确定开孔率为7.56%,风速为8m/s,回风通道长度为1.5m为本试验平台较优的工作参数组合。从压差与能耗方面考虑,开孔率为7.56%符合气调保鲜运输车对于开孔率的要求。

  2.4保鲜室内的湿度分布选取位于箱体正中部横截面,如所示,以4X4的方式将16路湿度传感器均匀布置于横截面内,保鲜室内放置装有广州产香蕉的包装箱120个,共400kg.其中横截面和纵截面中间各有160mm的空隙,横截面上包装箱两侧各有60mm的空隙,利用优选工作参数组合进行试验。试验时温度为17C,当箱体内平均相对湿度达到93%时,记录保鲜室内16个湿度传感器的相对湿度值,利用Matlab对横截面湿度分布进行曲面拟合。通过试验数据分析高压雾化加湿系统的湿度调节特性。

  如所示,横截面上相对湿度中间高两边低,湿度主要分布于中间空隙,放置包装箱的两侧相对湿度较低。由于箱体底部通风槽的设计,有利于箱体内的相对湿度的均匀分布,因此,箱体底部相对湿度比箱体顶部高。横截面内相对湿度最大差值为13.1%.横截面相对湿度分布Fig.5选取位于箱体正中部纵截面,如所示,以4x4的方式将16路湿度传感器均匀布置于纵截面内,采用同样的包装箱堆方式,利用优选工作参数组合进行试验。

  当箱体内平均相对湿度达到93%时,记录保鲜箱体内16个湿度传感器的相对湿度值,利用Matlab对纵截面湿度分布进行曲面拟合。

  如所示,纵截面相对湿度分布呈现前高后低的趋势。纵截面内,相对湿度沿坐标轴x方向逐渐降低,由于水雾的沉积现象,在靠近隔板处的最下部相对湿度最高,纵截面底部相对湿度明显比顶部高。纵截面内相对湿度最大差值为12.4°%.纵截面相对湿度分布3结论与讨论设计了保鲜运输用高压雾化加湿试验装置,在风速、开孔率、回风道长度和湿度分布等方面研究了高压雾化加湿系统的加湿特性。确定了开孔率为7.56%,风速为8m/s,回风通道长度为1.5m的较优工作参数组合。

  加湿过程对于瓦楞纸箱的抗压强度影响较大,经24h湿度处理后,压力室内的瓦楞纸箱平均抗压强度为13.9N,低于根据国家标准规定计算出的最小抗压强度值19.4N;保鲜室内样本的平均抗压强度为22.6N,符合国家标准。表明压力室和开孔隔板的设计能够促进液体颗粒的二次蒸发,开孔隔板能够防止没有雾化充分的液体进入保鲜室。

  高压雾化加湿系统的加湿效率与隔板开孔率和风速呈非线性关系。开孔率相同、风速相同时,回风通道长度越长,箱体内湿度离散化程度越小,湿度分布越均匀。

  加湿过程中,试验箱体内湿度分布呈现规律性。

  箱体正中部横截面内,横截面上相对湿度中间高两边低,湿度主要分布于中间空隙。箱体底部相对湿度比箱体顶部高,横截面内相对湿度最大差值为13.1%.箱体正中部纵截面内,靠近隔板的最下部相对湿度最高,沿坐标轴x方向相对湿度逐渐降低,纵截面底部相对湿度明显比顶部高,纵截面内的湿度差为12.4%.高压雾化加湿系统的设计还应进行控制策略的研究,在相同的开孔率、风速和回风道长度下,不同的控制策略,也会对贮藏环境的湿度产生影响。本课题组正在对此进丁深入的相关研究。

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