基于MATLAB的谷物干燥过程数值模拟及数字化设计

【摘要】工农业生产中的粮食收获后烘干操作，由于产量一般较大，基本都属于深床干燥的范畴。在干燥领域中，对于不同种类物料的薄层干燥的研究相对透彻，所以，在研究深床干燥时一般将其按照一定方式划分为薄层。本文采用微分思想，建立近似的深床干燥偏微分模型，便于通过非实物试验推导各个干燥参数对干燥过程的具体影响，掌握干燥过程中的变化规律，对干燥机的控制和干燥产品品质的提高有一定的指导作用，减少盲目性，尽量避免能源浪费，缩短开发和试验周期。本论文以深床干燥的偏微分模型为主要研究对象，开展了下述研究工作：(1)深床谷物干燥的偏微分模型中含有质平衡方程、热平衡方程、热传递方程和干燥速率方程。在模型的差分化以及递推计算过程中，更深入地理解了谷物干燥的机理，以及各干燥参数以及干燥机设计参数对于干燥过程的影响，并进一步掌握了热质交换的规律。(2)比较了向后查分格式和中心差分格式在进行偏微分方程近似计算过程中的计算精度，并通过曲线图对比了两种差分格式的计算稳定性和精确度，确立了采用一阶中心差分形式作为预测控制系统模拟干燥过程的解析手段。(3)利用LabVIEW制作了深床干燥预测控制系统平台的操作界面，界面包含环境和玉米特性参数的输入部分，热力学参数的计算部分，模拟结果的显示和仿真部分。(4)将抽象的偏微分方程通过MATALB进行求解，得到不同时间、不同薄层的水分含量、粮食温度、出口热风湿含量和出口热风温度的结果矩阵，并将模拟结果通过二维曲线和三维立体图形在LabVIEW前面板进行直观的展示，便于操作人员实时了解干燥机内部粮食状况，并采取相应的操作以控制干燥机内粮食干燥过程。(5)模拟了谷物干燥机的实际运行效果，估算了干燥过程中的能量消耗，并通过图表界面予以体现，与实际的深床干燥试验进行对比，比较了不同干燥条件下的能耗，便于根据经济性原则来选择最佳的干燥条件。(6)通过MATLAB与LabVIEW混合编程，结合中心差分形式的方程组，模拟了实际的干燥过程，预测了谷物干燥机和干燥系统的性能（如干燥所需的时长，仓内粮食水分和温度的分布规律，热空气的温度和相对湿度分布规律等），分析了各个参数对干燥机性能和干燥过程的影响，可以此为依据改进谷物干燥机的设计，或者改善和提升谷物干燥系统的操作管理以及控制方法。(7)利用薄层干燥试验台，进行了小型的深床玉米热风干燥实验，并对每一层的热风温度和水分含量进行了测量和记录，绘制降水曲线，并将模拟结果与实际干燥的降水曲线进行对比，验证了对于该偏微分方程的模拟结果的准确性和可信度。本研究所设计的基于虚拟仪器技术LabVIEW的玉米干燥控制系统，以偏微分方程模型为基础。采用虚拟仪器技术，使系统费用降低，实现干燥过程自动化，操作简单，可实时显示实验进程，并可在线修改控制参数，简化了干燥过程操作及数据处理，且该系统具有一定的通用性和适应性。
【作者】宋佳；
【导师】吴文福；
【作者基本信息】吉林大学，农业电气化与自动化，2014，硕士
【关键词】玉米；深床干燥；数学模型；预测系统；MATLAB；

【参考文献】
[1]苑国华.实践的主体性特征与“人的全面而自由的发展”[D].河南大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[2]危良才.印制电路板用7628布国内外市场现状及其发展前景[J].印制电路信息.1997(01)
[3]杨洋.PHF1与p53互作的鉴定及其生物学意义探讨[D].复旦大学,遗传学,2012,博士.
[4]张晓娜,哈达朝鲁,潘庆民.刈割干扰下内蒙古草原两种丛生禾草繁殖策略的适应性调节[J].植物生态学报,2010,03:253-262.
[5]周琳.头孢类抗生素合成废水处理技术研究[D].河北科技大学,环境工程,2013,硕士.
[6]全海兵.南京新百公司融合线上线下营销策略研究[D].安徽大学,工商管理,2014,硕士.
[7]常琳.三氧化二砷对前列腺癌DU145细胞裸鼠移植瘤作用的研究[D].郑州大学,肿瘤学,2013,硕士.
[8]郝志强.超窄带非周期性光子晶体压应变传感器原理[D].中北大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[9]曹秀丽.民国时期河南省疫灾时空分布及其社会影响研究[D].华中师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[10]陈可爱.电针“长强”穴对血管性痴呆大鼠学习记忆及海马CA1区细胞凋亡的影响[D].福建中医药大学,针灸推拿学,2013,硕士.
[11]李维胜.新时期大学生创业对策研究[D].兰州理工大学,思想政治教育,2013,硕士.
[12]倪燕燕,张建英,梁璐怡,章健超,王嘉诚,杨群峰,毛白骅.湿地水质与水系浮游细菌多样性关联研究[J].浙江大学学报(理学版),2014,06:682-688.
[13]张亚青.培养元认知能力　教学生学会学习[D].山东师范大学,学科教学论,2003,硕士.
[14]陈炳地,彭成信,崔征.高性能锂离子电池负极材料CoO/石墨烯纳米复合结构的超声法制备(英文)[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina,2012,10:2517-2522.
[15]刘美兰.我国能源行业上市公司环境信息披露质量对财务绩效的影响研究[D].湖南科技大学,工商管理,2013,硕士.
[16]费贤举,王文琴,庄燕滨.基于关联规则的数据挖掘技术在CRM中的应用研究[J].常州工学院学报,2005,04:1-6.
[17]刘鸿儒.创业板上市公司成长性影响因素研究[D].华中科技大学,金融学,2012,硕士.
[18]任田.Chemerin在类风湿关节炎患者外周血中的表达及临床意义[D].苏州大学,风湿病学,2014,硕士.
[19]李松原.3-PUU并联坐标测量机结构优化设计[D].合肥工业大学,仪器仪表工程（专业学位）,2014,硕士.
[20]史中燕.基于重组信息的股价异动研究[D].北方工业大学,应用数学,2014,硕士.
[21]康鹏.磷酸—丙酮预处理法制取纤维乙醇的工艺优化与机理研究[D].华北电力大学,热能工程,2014,博士.
[22]本报记者冯飞.石墨烯专利“热”背后的“冷”思考[N].中国知识产权报,2013-10-23005.
[23]王静.基于粒子采样的隐式曲面多边形化[D].济南大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[24]孔磊.基于智能体的个性化互联网信息搜集系统[D].华中科技大学,2004.
[25]赵东.面向中小企业的制造信息平台的研究[D].天津大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[26]高宏.基于管理团队的小微企业人力资源管理研究[D].华中科技大学,工商管理,2013,硕士.
[27]李林艳.昌吉电业局仓储区布局与货位优化研究[D].新疆农业大学,载运工具运用工程,2012,硕士.
[28]杨智勇.复杂背景下的文本提取技术[D].江西师范大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[29]马键.我国税务稽查现存的问题及对策研究[D].辽宁大学,财政学,2012,硕士.
[30]江术新.MW级风电机组变桨系统动力学及结构仿真分析[D].重庆大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[31]姬成伟.汉防己甲素及川芎嗪联用阻抑大鼠肝纤维化作用[D].山西医科大学,营养与食品卫生学,2002,硕士.
[32]郑斌祥,杜秀华,席裕庚.时序数据相似性挖掘算法研究[J].信息与控制,2002,03:264-267+271.
[33]盛梦雪.我国地方政府债务资产证券化法律制度研究[D].安徽大学,经济法学,2013,硕士.
[34]荆滢.中国企业对外直接投资的所得税涉税问题研究[D].首都经济贸易大学,税务（专业学位）,2013,硕士.
[35]张莹.大型板带冷连轧机颤振模拟及抑制研究[D].燕山大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[36]孟鹏.基于感知数据的三维可视化平台的设计与实现[D].天津大学,计算机技术,2013,硕士.
[37]杨柳.保障房流转影响因素及对策研究[D].重庆大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[38]袁凤丽.金属矿山巷道湿热交换动态数值模拟研究[D].青岛理工大学,安全技术及工程,2012,硕士.
[39]董宇鹤.点对多点无线通信系统设计与实现[J].中国科技信息,2014,17:83-84.
[40]闫冬松.《业余总统》部分章节的翻译报告[D].广东外语外贸大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[41]陈艳.“一号文件”与农民增收问题研究[D].首都师范大学,马克思主义中国化,2013,硕士.
[42]宋丁.药物性亚冬眠对大鼠急性脑梗塞的影响[D].郑州大学,康复医学与理疗学,2013,硕士.
[43]崔丽红,刘鑫,魏庆朝.利用现代化管理手段,实施系统安全工程——记秦沈客运专线安全管理的实践[J].中国安全科学学报.2001(05)
[44]张俞旭.二维氮化硼纳米材料的制备和性能研究[D].山东大学,2012.
[45]王如祥.蒙西电网黑启动方案研究[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[46]毕爱敏.基于BIM的建设工程项目采购模式与合同结构的初步研究[D].重庆大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[47]朱胜祥.高中生爱国主义、集体主义、社会主义教育现状调查与分析[D].华中师范大学,2002.
[48]谢逢,罗立民,田雪芹,胡刚.基于知识的人脑三维医学图象自动分析显示系统[J].自动化学报,1997,04:66-71.
[49]赵志栋.初中生浮力概念转变的心理机制研究[D].山西师范大学,基础心理学,2014,硕士.
[50]周文亮.岩溶山区包气带洞穴滴水水文水化学过程与水量研究[D].西南大学,第四纪地质学,2013,硕士.