香菇素有“山珍”之称,是我国重要的农特产品之一。香菇初始含水率高且易霉变,干燥脱水是其重要的生产加工操作。热泵干燥是近年来新兴的一种绿色节能干燥技术,已在众多行业得到广泛应用。本文充分调研分析了香菇的热泵干燥现状,发现目前其干燥工艺主要依靠工程经验确定,相关的干燥理论仍存在“数学模型不完善”及“干燥特性认识不充分”等问题。为此,本文从香菇干燥实验、数值模拟技术、香菇热泵干燥特性三方面开展相关研究,旨在建立完善的香菇干燥数学模型,深入研究香菇干燥特性,为实际工程提供重要技术支持,具体研究内容及成果如下。设计并完成香菇干燥实验研究。根据相应的标准及规范,设计香菇物料含水率及收缩率的测定方案;根据现有香菇干燥生产经验,确定较优工艺的热风温度和湿度,完成香菇恒温恒湿干燥实验。实验数据表明,热风温度是影响香菇干燥过程中含水率的主要因素。温度增加,香菇含水率下降速度较快,有利于缩短干燥时间。热风湿度是影响香菇干燥过程中收缩率的主要因素。适当的增加相对湿度,香菇收缩率减小,有利于提高香菇的干燥质量。针对目前香菇热泵干燥数学模型不考虑体积收缩这一不足,本文将香菇视为线弹性多孔介质材料,考虑干燥过程中热应变和吸湿应变的影响,构建香菇干燥过程热湿力三场耦合干燥数学模型。同时,推导干燥过程中香菇内部的基质、液态水和水蒸汽三相组成结构的当量传质系数及蒸发率等关键物理量参数表达式,实现数学方程组的封闭;并基于COMSOL软件,实现所构建数学模型的高效求解。本文所提方法的数值模拟结果与实验数据吻合良好,验证本文所提数学模型和求解技术的准确性。基于所开发的香菇干燥过程热湿力三场耦合数值模拟技术,充分研究了热泵工况下香菇的干燥特性:(1)研究了香菇恒温恒湿条件下干燥过程中温度场、干基含水率、孔隙率和体积收缩率等干燥特性演化过程。结果表明,香菇热泵干燥过程约12小时,干燥过程中热量由表面向内部传递,水分由内部向表面传递,孔隙率和收缩率则在整个物料呈现较为均匀变化的现象。温度场演变主要发生在干燥前1小时内;干基含水率变化发生在整个干燥过程中;孔隙率和收缩率变化过程相类似,发生在干燥前4个小时。(2)研究了干燥温度、湿度及风速等干燥参数对干燥过程的影响。结果表明设定的干燥温度、湿度和风速对香菇收缩率及含水率影响较大,但干燥过程中温度、湿度和风速较小幅度的变化对干燥过程影响不大,采用温度逐渐增加和湿度、风速逐渐减小的分段干燥工艺有利于节能提质。