太阳能干燥具有节能、环保、可再生等特点,在学术界广泛关注。但太阳能极大程度依赖天气因素,且不连续性、不稳定性,使太阳能干燥技术的发展较为缓慢。将太阳能模拟器应用于太阳能干燥技术研究,可有效解决研究过程受天气因素干扰的问题,推进太阳能干燥技术的发展。然而,现有的太阳能模拟器大都是针对航空航天领域、高能反应领域、光学元器件测试领域等应用场景开发的,应用成本相对偏高,难以在农产品太阳能干燥技术研究中推广应用。基于上述情况,本文针对干燥操作的特点,设计了一种基于热辐射等效的太阳能模拟器,并对太阳能模拟器的性能进行了测试;以苦瓜为实验材料对本文所设计的太阳能模拟器的适用性进行了测试;构建了太阳能模拟器干燥系统的数学模型,对实验系统进行了数值模拟,并分析了干燥过程中的能量和质量传递现象。本文主要研究结果如下:(1)根据太阳能干燥过程的特点,确定了太阳能模拟器的设计标准,采用COMSOL Multiphysics对太阳能模拟器的光源排布方式进行了分析与优化,并设计加工了太阳能模拟器实物,对其性能进行了测试。测试结果表明:太阳能模拟器可提供最大辐照度为1216.1W/m~2,高于地球表面最大理论辐照度1000W/m~2;太阳能模拟器辐照度不均匀度低于10%,符合国际电工委员会所规定的C级要求;太阳能模拟器辐照度不稳定度低于10%,符合国际电工委员会所规定的C级要求;太阳能模拟器有效辐照面积大于一般干燥实验材料堆放面积0.2m~2。本文所设计的太阳能模拟器满足设计要求。(2)以苦瓜为原材料,选取三种切片厚度(3mm、5mm、7mm)设计了9组实验,每组实验分为室外实验与室内实验,室内实验采用太阳能模拟器模拟对应室外条件的太阳辐照度变化情况,并从干燥特性曲线、有效水分扩散系数、干燥活化能三个方面对实验进行了分析。实验结果表明:室内实验与室外实验的干燥速率伴有很小幅度的交替性变化,但干燥速率的整体变化趋势一致,水分比变化情况几乎完全一致,剔除接近绝干的数据点后,其各个点的测量值的相对误差均在10%以内;第8组实验的有效水分扩散系数的相对误差最大,其值为10.71%,其余8组实验的有效水分扩散系数的相对误差均在10%以内;苦瓜切片厚度3mm、5mm、7mm的干燥活化能相对误差分别为11.9%、10.5%、11.3%,室内实验与室外实验的干燥活化均在合理范围内。本文所设计太阳能模拟器可用于干燥过程的研究。(3)分析了实验系统在干燥过程中的能量传递特性与质量传递特性,根据菲克定律、达西定律、能量守恒等定律与高斯定理,在多孔介质模型的基础上建立了实验系统质量与能量传递的数学模型,并以第6组实验对模型进行了验证,分析了太阳能干燥过程中主要物理量的变化情况,结果表明:数值模拟结果得到的水分比曲线与实验得到的水分比曲线变化趋势基本一致,其最大偏差为0.159;干燥室内水蒸气浓度总体上先增大后减小,干燥室中心区域水蒸气浓度比干燥室边缘区域水蒸气浓度高;材料在干燥过程中有干区、湿区、蒸发区之分,且干区与湿区被蒸发区隔开,蒸发区逐渐由材料外部向材料内部迁移;干燥初期,材料平均温度上升迅速,表明材料在干燥过程中存在着预热阶段;在干燥过程开始的前几秒,干燥室的底部热空气有明显的上浮趋势,在空气进口处不断有冷空气流入,随着热空气在干燥室顶部不断堆积,干燥室内的气压逐渐增大,一段时间后整个干燥室内的流场趋于稳定,但随辐照度的变化仍有轻微波动。