热泵干燥设备因其节能环保的特点,在越来越多的干燥领域得到了广泛的应用。本文根据干燥工艺要求的除湿标准,确定每小时的除湿量,设计并搭建了针对海产品的热泵干燥实验台,选择刺参为干燥对象,对热泵干燥室内物料的传热传质规律进行了仿真研究,设计了匹配该热泵干燥设备的数据采集和监测系统,干燥后的物料符合国标中高品质的感官要求。移动式的干燥设备后期可作为成型产品向刺参养殖散户推广。论文的主要内容分为以下几个方面:1、首先对热泵干燥机的主要部件进行了选型设计。针对大部分海产品低温干燥的特性,设计了具备快速升温、除湿、降温多种运行模式的热泵实验台,在完成干燥过程所需除湿量和循环空气量计算后,对热泵干燥设备主要机组部件包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器进行选型计算。根据设计结果搭建了热泵干燥实验台。选定刺参为干燥物料,使用该实验台测试了刺参的干燥特性。补充部分实验测试刺参的基本物性参数用于建模分析。2、对干燥箱内物料传热传质规律进行模拟研究。通过仿真软件对干燥箱进行模拟,在软件内实现了温度、风速、水分传输等多个物理场耦合,根据实际情况设置边界条件,在设置控制方程和划分网格后模拟得到干燥箱内刺参干燥过程的热湿迁移规律。模拟结果和实验结果中刺参温度和含水率变化呈现较好的一致性,平均偏差率在10%以内,证明该模型可用于同种类型的海产品干燥。由模拟结果发现,随着干燥过程的进行,刺参含水率从表层向内部呈现依次递减的规律,温度从干燥箱入口向出口呈现递减的规律。物料内部的温度随干燥时间的增加逐渐升高,最终接近入口温度,需要的时间随着进口风速的增大而缩短。刺参中心点含水率分别从初始542%、595%、682和516%下降到50%、53%、56%和52%,温度则分别经过70min、80min、120min、180min接近进口温度45℃、40℃、33℃、30℃。模拟得到的含水率在干燥前期略低于实验值而后期则略高于实验值,其原因可能是实际过程中刺参的尺寸收缩、孔隙率变化引起物料蒸发率减少。结合国标中的感官要求对干燥后的刺参品质进行分析,发现热泵干燥温度40℃、干燥介质流速2m/s~4m/s时刺参的成型品质较好,此温度和风速条件可同时保证刺参的干燥时间和品质,是较为理想的干燥条件。3、在使用试验结果验证模型后,设计了顺排和叉排模型来探究物料数量和排布方式对含水率变化的影响。结果表明,物料交叉排列时水分散失更快,而在在相同的干燥箱内,随着干燥物料数量的增加,排列方式对含水率的影响逐渐明显,因此物料在保证分散排布的同时应尽量选择叉排的排列方式可以增加换热效果。为了解决干燥箱单一入口下的流场温湿度分布不均匀的情况,建立了底板送风的喷口模型,通过模拟结果中刺参内部含水率变化发现,设计热泵干燥箱时采用喷口模型可以提高干燥物料的温度和含水率均匀性,避免短时间干燥内温湿度不均匀的情况,因此实际设计中可采用此种喷口模型。4、设计数据采集及监测平台,实现对干燥箱内温湿度、风速等参数及机组主要部件的压力和温度参数进行采集并实时输出,在此基础上,设计了上位机的检测系统,利用PLC控制器实现了模拟量的输入和输出,保证干燥过程中控制温度稳定,人机交互便利,便于干燥设备的实际使用和推广。