微波干燥不同于传统干燥方式其热传导方向与水分扩散方向

微波干燥不同于传统干燥方式其热传导方向与水分扩散方向
微波干燥不同于传统干燥方式其热传导方向与水分扩散方向

微波干燥不同于传统干燥方式,其热传导方向与水分扩散方向相同。与传统干燥方式相比,具有干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化控制和提高产品质量等优点,因而在于燥的各个领域越来越受到重视。早在上世纪60年代国外就对微波干燥技术的应用和理论进行了大量研究,在近几十年又得到了进一步的发展。我国微波干燥技术研究起步较晚,与国外相比有一定的差距,但也取得了不错的成绩,也有许多研究与应用成果。我国微波干燥技术现已用于食品工业、材料化工、医药工业、矿产开采业、陶瓷工业、实验室分析、湿天然橡胶加工等方面。

干燥过程几乎涉及国民经济的所有部门,广泛应用于生产和生活中。干燥的目的是除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂,以便于加工、使用、运输和贮藏等。一般的干燥方法有机械法、化学法和加热法。这些方法要么设备庞大、干燥费用高,要么干燥速度慢、处理量小。随着科学技术的发展,如生物制品、新型材料、高级陶瓷、新型高级食品和新型药物制品等新产品的出现,传统的干燥技术和干燥器不一定都适应。微波干燥技术和微波干燥器已在轻工业、化工材料工业、食品与农产品加工业等行业得到了广泛应用并表现出了显著的优越性。微波干燥无疑是适应新产品要求的一项新技术。

同国外相比,我国在微波干燥技术的应用研究方面起步较晚,虽然取得了不少成果,但微波干燥技术的应用研究领域较窄,大多停留在实验阶段或小规模生产阶段,复合微波干燥技术的研究有待于拓展,微波干燥的瞬间传质传热理论研究还不够,与微波干燥技术配套的设备及仪器开发尚需加强。另外,虽然微波干燥在天然橡胶干燥方面的应用理论研究已取得了很大进步,但其规模化、连续化及自动化还有很多问题有待解决,微波干燥对橡胶分子结构、非橡胶组分以及制品工艺性能等方面的影响还需进一步研究。这些都是我们今后的研究重点。

杀菌设备的优势:

一、节约能源:常规热力杀菌往往在环境及设备上存在热损失,而微波是直接对食品进行作用处理,因而没有额外的热能损耗。相比而言,一般可节电30-50%.

二、均匀彻底:常规热力杀菌是从物料表面开始,然后通过热传导传至内部。存在内外温差。为了保持食品风味,缩短处理时间,往往食品内部没有达到足够温度而影响杀菌效果。由于微波具有穿透作用,对食品进行整体处理时,表面和内部都同时受到作用,所以消毒杀菌均匀、彻底。

三、便于控制:微波食品杀菌处理,设备能即开即用,没有常规热力杀菌的热惯性,操作灵活方便,微波功率能从零到额定功率连续可调、传输速度从零开始连续调整,便于控制。四、设备简单,工艺先进:与常规消毒杀菌相比,微波杀菌设备不需要锅炉、复杂的管道系统、煤场和运输车辆等,只要具备水、电基本条件即可。

新疆乌鲁木齐瓜子烘干设备原理:微波是一种能量(而不是热量)形式,但在介质中可以转化为热量。材料对微波的反应可以分为四种情况:穿透微波;反射微波;吸收微波;部分吸收微波。一般在能加工领域中,所处理的材料大多是介质材料,而介质材料通常都不同程度地吸收微波能,介质材料与微波电磁场相互耦合,会形成各种功率耗散从而道道能量转化的目的。能量转化的方式有许多种,如离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等,其中离子传导及偶极子转动是微波加热的主要原理。微

波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能,使自身整体同时升温的加热方式而完全区别于其他常规加热方式。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料热量,热量总是由表及里传递进行加热物料,物料中不可避免地存在温度梯度,故加热的物料不均匀,致使物料出现局部过热,影响加热技术与传统加热方式不同,它是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高,不须任何热传导过程,就能使物料内外部同时加热、同时升温,加热速度快且均与,仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十份之一就可达到加热目的。从理论分析,物质在微波场中所产生的热量大小与物质种类及其介电特性有很大关系,即微波对物质具有选择性加热的特性。

化学纤维

微波干燥是一种新型的干燥方式。干燥时,微波能直接作用于介质分子转换成热能,由于微波具有穿透性能使介质内外同时加热,不需要热传导,所以加热速度非常快,对含水量在30%以下的食品,干燥速度可缩短数百倍。同时不管物体任何形状,由于物体的介质内外同时加热,物料的内外温差小,加热均匀,不会产生常规加热中出现外焦内生的状况,使干燥质量大大提高。

微波干燥与传统加热相比,具有以下优点:①高效、无能耗,②加热均匀,③干燥速度快,④无热惯性、⑤安全环保,⑥操作简单、易控。

物体吸收微波能量转化成热量后,物体温度升高,物体内含的水分蒸发,脱水,干燥;若适当地控制脱水速度,就能让物体的结构松疏,膨化。在这个过程中,也可以控制调高加热温度,使物体处于烘烤状态。

微波烘干杀菌设备的主要特点:

一、加热快速:微波烘干设备它是使被加热物体本身成为发热体,不需要热传导过程。因此,尽管是热传导性较差的物料,也可以在极短的时间内达到加热温度。

二、均匀加热:无论物体各部位形状如何,微波烘干设备加热均可使物体表里同时均匀渗透电磁波而产生热能。所以物体内外加热均匀性基本一致。

三、节能高效:在微波烘干设备加热过程中除了被加热物料升温外,几乎无其它损耗。故热效率高、节能。

四、防酶、杀菌、保鲜:微波烘干设备加热具有热效应和生物效应,能在较低温度下杀菌和防酶保鲜。由于加热速度快、时间短,能最大限度地保存物料的活性和原有物料的色泽和营养成分。

五、工艺先进可实现自动化控制:只要控制微波烘干设备功率即可实现立即加热和终止,没有热惯性。应用人机界面和PLC可进行加热过程和加热工艺规范的可编程控自动化控制。

六、安全无害、改善劳动条件:由于微波是控制在金属制成的加热腔体和波导管中工作,微波烘干设备几乎无微波泄漏,没有放射性残留及有害气体排放,微波烘干设备设备向外散热少,噪音小,极大改善工作环境和工人劳动强度。

微波干燥技术的特点

利用加热使产品所含水份蒸发是实现干燥的主要方法,现在使用的干燥方式有通过热传导、对流和热辐射的方法向产品提供水份蒸发的动能。现在还有另外一种干燥技术就在于是微波干燥技术,微干燥技术是在瞬间把电磁场能量转化成物质分子的动能,也就是说由物料自身

吸收微波能量而产生热量,使水份得到蒸发。由于微波加热具有一定的穿透性,因此微波加热实际上是一种立体加热,即产品内外同时得到加热,因此微波干燥技术具有以下特点:技能、快速、干燥温度低、及时加热没有热惯性。

济南鑫弘微波设备有限公司是一家以微波应用设备的研发、销售、设计、生产、服务为一体的微波能应用设备研发生产型高新技术企业。本公司采用世界先进技术,按标准生产制造915MHZ、2450MHZ两大系列工业微波设备,各项技术指标均达到国际先进水平,微波高温烧结技术、高温固相合成技术处于世界领先水平。可为冶金、化工、医药、食品、木材等领域提供快速、节能、高效率的微波干燥、微波杀菌、微波烘干、微波脱水、微波萃取、微波加热、微波烧结等工艺设备。同时承担各种应用试验、中试放大生产及全方位的技术咨询和服务。

微波杀菌设备的原理

微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化,使细菌失去营养,繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布,影响细胞膜周围电子和离子浓度,从而改变细胞膜的通透性能,细菌因此营养不良,不能正常新陈代谢,细胞结构功能紊乱,生长发育受到抑制而死亡。此外,微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA,是由若干氢键松弛,断裂和重组,从而诱发遗传基因突变,或染色体畸变甚至断裂。

微波牛肉干干燥设备的特点:

一、效率高、节约能源、加热均匀。微波具有穿透性,能穿透到牛肉干内部加热,做到里外同时加热,且只有被加热的牛肉干吸收微波能,所以电热效率高、加热均匀、热损失小。与常规电热干燥相比,一般可节电1/3~1/2。

二、低温杀菌效果好,微波热效应、非热效应双重杀菌作用,与常规方法比,具有低温、快速的特点,能保持食品原有色、香、味,不破坏营养成份,同时具有膨化效果,产品口感佳。

三、控制方便及时、生产不受气候条件影响,微波设备即开即用,没有热惯性,微波功率的大小、传输速度可连续平滑调节,可连续24小时生产。

四、微波设备加热时本身没有热辐射,可改善劳动条件。微波泄漏量符合国家标准。设备结

构紧凑、占地面积小。

微波装置:

微波加热杀菌装置包括以下部分:

1.产生微波的部分,主要由微波发生器,微波导管构成;

2.炉体或炉腔部分,用可反射微波的材料制成,能产生微波谐振;

3.炉内还有微波搅动或分散装置;

4.密封门部分,可防止微波泄露;

5.操作控制部分包括安全连锁装置。

微波加热技术应用前景:

微波加热技术应用范围极广阔,微波加热技术在食品加工中应用仅是其中的一小部分。可以这样说,人们在认识微波加热特点的过程中,同时正在与现有技术相结合去开发出越来越多的新装置和仪器。例如,微波炉和冰箱的组合冰箱;微波水壶和微波卷发器,微波加热和洗衣机组合的微波烘干、洗衣机;微波热水器,低温水分测量仪等。微波加热技术的发展与人们的认识和掌握,以及市场需求是密切相关的。其中完善微波加热设备和加工工艺尤为关键。

微波灭菌的优点

一、时间短、速度快:常规热力干燥杀菌是通过热传导,对流或辐射等方式将热量从物体表面传至内部。往往需要较长时间,物体内部才能达到所需的干燥度和杀菌温度。介质由极性分子和非极性分子组成,电磁场作用下,这些极性分子从原来的随机分布状态转向依照电场的极性排列取向。

二、低温干燥杀菌保持营养成份:微波有热效应的快速升温和非热效应的双重杀菌作用,相比常规热力干燥、杀菌能在比较低的温度和较短的时间就能获得所需的干燥、杀菌效果。一般杀菌温度在65—70℃,75—80℃或103—121℃里,时间在3—8分钟,且能保留更多的食品营养成分和色、香、味、形等风味。

三、节约能源:微波电能转换效率高,一般在70%以上。微波是直接对食品进行作用处理,加热箱体本身不被加热,因而不存在额外的热能损耗,所以节能省电,一般可节电30—50%。

四、均匀彻底:常规热力干燥、杀菌是从物料表面开始,然后通过热传导传至物料内部。物料内外温度存在温差,内外干燥、杀菌效果一致性差。为了保持风味,缩短处理时间,往往内部达不到足够温度而影响干燥、杀菌效果。微波具有穿透性能,表面和内部同时作用,能保证内、外部温度一同达到要求值,所以干燥、杀菌均匀、彻底。

五、便于控制、易实现自动化生产:微波食品干燥、杀菌处理设备操作简单,便于控制,没有热惯性,能根据不同食品工艺规范要求进行处理,减少生产操作人员,降低生产成本。六、设备简单、工艺先进:与常规杀菌相比,微波设备不需要锅炉、管道系统、煤场和运输车辆等,只要具备水、电基本条件即可,对厂房无特殊要求,投资少、见效快。

七、改善劳动条件、节省占地面积:微波设备无高温、无奈热、本身不发热,无热辐射。可大大改善劳动条件,而且设备结构紧凑、节省厂房面积。

国内工业微波设备生产企业闻风而动,积极调整战略思路,组织科研攻关力量,针对国家减碳政策,研发出多款、多系列无碳化工业微波干燥设备,占领市场。特别是国内微波行业著名企业像鑫弘微波等企业更是及时调整对策,从产品、服务、技术升级、产业拓展等多方面调研、研发、生产对路的市场产品,得到市场的普遍肯定。设备向大型化、高功率化、高节能化以及精细化方向发展;设备售后服务向技术化、亲情化、人性化、专职化等专业化服务方面延伸服务;并取得进展。目前鑫弘企业设备售后服务方面,在国内首家推出“一对一贴心服务”模式,得到使用客户的极高认同。为行业的服务水平提高起到了积极地推动作用

一、设备简介

微波设备采用多原辐射技术,配进口温控仪,其加热均匀性好。在加热器进出料口处设有防微波泄漏的抑制器,其泄漏指标达到国家规定标准,保证使用安全。烘制过程中,牛肉干于料盘上或传送带上,传动速度无级变速,可方便的配合各种工艺调整。内腔采用不锈钢材料制作,傻瓜型操作界面,PLC全自动控制,并带有故障检测系统。

微波巴氏消毒和杀菌技术是20世纪60年代兴起的,由于各种制约因素的影响,如基础研究不到位,设备、工艺不过关等,60年代发展极为缓慢。到了80年代,随着这些问题得以解决,微波灭菌又重新成为人们关注的焦点。因为在食品制作、成品存放过程中,传统上主要采用高温消毒、巴氏灭菌、冷冻及核辐射等技术来实现对食品的灭菌,但这些设备都庞大、处理时间长、灭菌不彻底、不易实现自动化生产,同时影响食品的原有风味和营养成分。而微波灭菌是使食品中的微生物受到微波热效应和非热效应的共同作用,使其体内蛋白质和生理活动物质发生变异,从而导致生物体生长发育异常,直至死亡,进而达到对食品进行杀菌、灭虫的目的,达到巴氏杀菌法或其他常规加热杀菌法无法解决或根本不能达到的理想效果。济南鑫弘微波设备有限公司根据这一原理致力于生产集干燥与杀菌为一体的食品工业设备,可以应用于各种食品与药材的微波烘干、保鲜与微

波杀菌。微波杀菌保鲜就是将食品经微波处理后,使食品中的菌体丧失活力或死亡,保证食品在一定保存期内含菌量不超过食品卫生法所规定的允许范围,从而延长了食品的货架期。利用济南鑫弘微波设备进行巴氏消毒和杀菌具有许多优点:

一、采用微波杀菌可在很短的时间内对食品的内部进行杀菌。在微电厂内,构成微生物的各种高分子极性基因和可动性基团被激烈的计划与振动,是蛋白质及核酸等产生变异。这与传统的加热效应是不同的。应用微波辐射技术能在较低温度下把微生物杀死,微波处理谷物、食品工艺在60~70℃就能起到杀虫、灭菌的作用。

二、灭菌效果好。只要按规定条件操作,每克含菌量数十万的中药材经过微波灭菌后,杂菌可控制在5000个/g以内,霉菌控制在50个/g以内。用微波工艺处理的中药材生产成中药,可完全达到国家卫生标准。

三、作用温度60~80℃,作用时间数分钟。因此被被加工的食品成品、原料、中药材的内在外观质量及中药材的的色味、药效均不受太大影响。

四、操作安全方便,可改善劳动条件,减轻劳动长度。与钴60灭菌相比,微波灭菌没有污染和污染残留物,操作也很安全,成本降低30多倍。

五、微波还可以用来灭菌包装,控制霉菌生长。因为大部分包装物对微波是透明的,可以对包装后的食品进行微波加热灭菌处理。

济南鑫弘设备有限公司生产的微波设备对细菌、霉菌、酵母、真菌和酶具有的杀灭作用是公认的,目前对于微波杀菌机理大致有热效应和生物学效应(非热效应)两种说法。前者认为微波能在微生物体内转化为热能,使其本身温度升高,从而使体内热蛋白质发生热凝固致死。而后者认为除了热效应之外,更主要的是其生物学效应加速了微生物的死亡过程。

一、烘干速度快:将木材含水率由35%~40%降至20%烘干时间约在10~15分钟,为蒸汽烘干工艺的20~30倍。但是必须注意,微波功率增大,干燥速度将更快,同时会造成木材内部温度急骤升,在水分汽化排湿过快的情况下会引起木材炸裂。因此,处理时不能过于追求处理速度,而用较大的微波功率。

二、微波烘干木材效率高:一般处理木材时均以提水率标准为每小时1千瓦微波功率来干燥物料脱去水分1公斤为考核标准。由于树种和木质硬度的不同均有差异,实际脱水率在每小时0.8—1.0公斤左右。但是在同一树种,木材沿纤维方向

的不同,干燥效果有明显的差别,纤维长度短的脱水率较高,反之则较低。因季节、天气的潮湿度不同也将影响脱水率,应用时要多加注意。

三、微波烘干木材质量好:微波烘干木材物料时具有强烈渗透性和加热的选择性,因此在烘干过程中木材的内部和外表两端和中间纤维的收缩率基本上比较一致,所以木质的开裂和变形较小。而传统的干燥方法会出现变形、开裂、霉变、变质等现象,严重影响木材的质量,造成大量报废。采用微波烘干木材、木材的利用率可以提高5%左右,因此可节省大量的木材。

四、微波烘干木材不受外界气候条件的影响:微波烘干木材设备使用时、不受外界自然条件的变化而受影响,常规方法采用自然干燥需要长达一年或数年的时间,还要占用很大的生产基地,花费较多的搬运劳动力,增加生产成本。

五、微波烘干木材杀灭有害虫类:微波烘干木材的同时,可将木材内部的有害蛀虫杀死,这是由于微波电磁场能量与木材物料中的水分子强烈的共振效应。将寄生木材内部的有害蛀虫、虫卵及幼虫一起全部杀死,当处理温度在70~80度只需2~3分钟,就能解决问题,因此受到各界使用者的关注。

如何应用微波烘干木材,关键问题是在工艺上的选择。虽然微波加热烘干木材有快速的特点,但是在处理物料脱水过快时反而会造成破坏木质纤维结构。使木质内部开裂,造成表面有裂纹,这是因为木材脱水率与纤维“固化”不相适应的结果而产生的现象。

当微波腔体内功率密度过大、过快的脱去水分,结果造成木材内部开裂,在微波腔体内功率密度过小时,微波功率穿透物料受到限制,只能使木材表面水分蒸发,因此木材表面脱水率大于其内部的脱水率,造成木材的表面产生裂纹,要选择制定科学合理的工艺规程,并要结合设备的功率以及不同树种、木质结构综合来考虑确定工艺规程,并且要严格去执行操作,保证产品质量。同时应当注意在烘干处理时排湿方法和控制在不同时间进行适量的排出湿气方可取得高品质的木材产品,一定要加以重视。

大枣烘干技术是一系列技术操作的综合应用。主要包括:

一、鲜枣的挑选分级:可结合采收一并进行,先剔除干枝落叶,拣出风落果、病虫果、破头果,然后按品种、大小、成熟度进行分级。

二、鲜枣的清洗:考虑到操作方便,成本较低等因素,可用自来水清洗2遍为宜。尽可能清除枣果表皮上的灰尘污物、部分农药残留和部分有害微生物。

三、抛光处理:可用0.05﹪的抛光液处理清洗后的鲜枣,使枣果表皮更洁净、红色鲜艳有光泽、无油渍感、无异味。

四、装枣:每平方米烘盘装枣量,因不同品种而异。一般为7.5公斤左右,装枣厚度以2

层为宜。小果品种如金丝小枣可适当增大装枣量。

五、升温:红枣烘干采用抛物线升温技术。其干制过程分预热、蒸发、干燥完成三个阶段。技术关键是做好烘房内的温度和湿度的调控操作。

六、出枣:枣烘干的程度可根据当时气候状况灵活掌握,如遇连续阴雨天气,可将枣果一次烘至全干;但若天气时晴时阴,可将枣果烘至七、八成干,然后抓紧晴朗天气进行晾晒。

七、回软暂存:对刚烘出的干枣,要立即进行通风散热,时间约需2~3天,以防止果肉松软,积温发酵变酸。之后还要再经过15~20天的堆放处理,使果肉内外水分均衡,质地柔软,保证烘干枣的品质。最后对烘干枣成品进行科学的分级、包装和贮藏。

食品科技人员的开发创新,相继出现了许多形式的食品微波干燥设备,如空气对流干燥设备、滚筒干燥设备、真空干燥设备、加压式干燥设备和电磁辐射干燥设备等。90年代后期,我国食品干燥机械工作者对电磁辐射干燥设备开展了大量的研究,如天津市包装食品机械研究所吸收国外最先进的技术,开发研制出的WTJ系列微波能干燥设备,具有干燥速度快、热效率高、加热均匀、无污染和不破坏食品的营养成分等特点,可广泛应用于食品干燥领域。此外,还有利用远红外辐射元件发出的远红外转变成热能来干燥食品,其设备简单,节约能源,干燥速度快..尤其是适用于果蔬的干燥;再有根据太阳能可转变为热能的原理,开发研制的系列太阳能干燥设备用于干燥果蔬及其它农副产品。目前,食品干燥方法中最先进的冷冻升华干燥技术,尤其是结合我国国情采用价廉的蒸汽喷射真空泵系统的冷冻升华干燥设备也开始在我国用于食品的干燥,如在肉类、海产品、果品、蔬菜、饮料、调味品和香精香料的干燥,但成熟机型不多,并在结构先进性、性能优良性、高效节能性和造价等方面有待于进一步改进。

我公司生产的微波食品烘烤烘干设备可当成微波烘干设备用,也可当成微波烘烤或杀菌设备用,在食品业主要应用于各种小包装食品、瓶装食品、糕点、饼干、果脯、豆制品、熟食、调味品(鸡精、香精)面粉等的加热、干燥、烘焙与杀菌处理。也可用于对海产品(海带、紫菜)的干燥;面包、糖、干果、茶叶、

烟叶、粮食制品的脱水、干燥、杀菌防霉处理。以及对各类速冻食品的解冻处理。

微波对食品具有热效应和非热效应的双重作用。微波热效应机理是:生物细胞是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和有机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质。该介质在强微波场的作用下,温度升高。温度升高的结果是,食品内部的水分温度同时升高而蒸发得到烘干或烘烤,细菌在热力的作用下得到消灭。另一方面,在微波的作用下,食品分子的空间结构发生了变化或破坏,细菌的蛋白质溶解度、粘度、膨胀性、稳定性都受到破坏,从而失去生物活性。

简单地说微波干燥杀菌是微波热效应和非热效应共同作用的结果。通过微波干燥、杀菌处理的食品的保质期可延长3~8倍,不破坏原有的营养成份、色泽、口感和天然风味。与其它干燥、杀菌、解冻设备相比,可缩小占地面积、降低能耗30%~100%。而且不生产“三废”污染。

微波干果烘干烘烤设备适用于炒货领域大批量的各种干果类。如:核桃、板栗、杏仁、开心果、核桃仁、葵花子、西瓜子、南瓜子、无壳瓜子、花生、榛子、香榧、果仁等焙炒、膨化。其特点:物料在微波电磁场的直接作用下,均匀加热,无需经过热传导。卫生、高效,膨化效果好于常规工艺。同时在微波的热效应和非热效应的双重作用下具有杀菌功效。与传统工艺相比,生产环境好,没有热惯性,产品酥脆爽口,香味浓郁,膨化率高,色泽自然,营养成分损失少。在炒货淡季,该设备可用于食品的干燥、杀菌、烘烤、加热、膨化、熟化等工艺,一机多用。

众所周知,土豆、苹果类食品原料,经切片后,若放置一段时间,其断面就会变色。这是因为植物中酶的化学作用。不仅是外观不好,且香味均不佳。一般的前加工是先将其冷冻装于密封罐内,用热水(或蒸汽)处理使酶的活性失去。但这样做法的副作用是由于热水处理会使维C流失。若改用微波,由于时间段,不仅可以减少维C的流失,且有杀菌作用。若将蒸汽和微波并用,效果更好,除土豆外,芹菜、豆角、苹果均可用此法处理。微波的频率一般用3000MHz,加工时间很短。预处理后即刻进行速冻,保证效果好。

微波干果干燥设备的主要特点:

一、干燥时间短,干燥温度低、均匀,产品的色泽亮丽;

二、选择性加热,利用这一特点可以做到均匀加热和均匀干燥;

三、干燥脱水的水气方向由内到外。所以,微波干燥具有膨化作用,对后续的粉碎大有帮助;

四、节能高效。微波是直接对物料进行作用,因而没有额外的热能损失,炉内的空气与相应的容器都不会发热,所以热效率极高,生产环境也明显改善,与远红外加热相比可节电30%。

五、易于控制,工艺先进。与常规方法比较,设备即开即用;没有热惯性,操作灵活方便;微波功率可调。在微波加热,干燥中,无废水,无废气,是一种安全无害的高新技术。提高产品质量,带来经济效益。

六、通过微波干燥、杀菌处理的食品的保质期可延长3~8倍,不破坏原有的营养成份、色泽、口感和天然风味。与其它干燥、杀菌、解冻设备相比,可缩小占地面积、降低能耗30%~100%。而且不生产“三废”污染。

微波焙烤的特点是能量转换效率高,加热速度快。微波炉本身不发热,而是微波能量穿透物料,使物料内极性分子相互摩擦而产生内部热量。使被加工物料内部的液体瞬间升温汽化、增压膨胀;并依靠气体的膨胀力使组分中高分子物质结构变性,而成为具有网状组织结构特征、定型的多微孔状物质。

鑫弘微波干果干燥设备的特性:

一、微波焙烤的同时,伴随杀菌效应。微波杀菌是在微波的热效应和非热效应的双重作用下进行的,相比常规的温度杀菌能在较低的温度和很短的时间内获得满意的杀菌作用。一般的杀菌温度在80℃左右,处理时间在3~5分钟,且能最大限度的保持其营养成分。

二、使用操作方便。微波功率和传送带速度均可无级调节,不存在热惯性,可即开即停,简单易控。改善生产环境。微波设备无余热辐射、无粉尘、无噪音、无污染,易于实现食品卫生的检测标准。

三、低温杀菌、营养成分损失少。微波杀菌是在微波的热效应和非热效应的双重作用下进行的,相比常规的温度杀菌能在较低的温度和很短的时间内获得满意的杀菌作用。一般的杀菌温度在80℃左右,处理时间在3~5分钟,且能最大限度的保持其营养成分。对维生素C的保留常规热处理果蔬是46%~50%,微波则能达到60~90;对维生素A的保持常规热处理是58%,而微波处理则到84%,并且不影响原有风味,是果蔬食品深加工,获得绿色食品的良好手段。

近年来,微波能应用技术正被广泛应用于芝麻、瓜子、花生、核桃、杏仁、板栗等干果类的焙烤。与传统制作方式相比,微波能焙烤的食品香脆可口、颗粒膨化饱满、色泽自然、外形美观、且具有杀虫灭菌作用。

微波焙烤的特点:能量转换效率高,加热速度快。微波炉本身不发热,而是微波能量穿透物料,使物料内极性分子相互摩擦而产生内部热量。使被加工物料内部的液体瞬间升温汽化、增压膨胀;并依靠气体的膨胀力使组分中高分子物质结构变性,而成为具有网状组织结构特征、定型的多微孔状物质。

微波核桃干燥设备的特性:

一、微波焙烤的同时伴随杀菌效应。微波杀菌是在微波的热效应和非热效应的双重作用下进行的,相比常规的温度杀菌能在较低的温度和很短的时间内获得满意的杀菌作用。一般的杀菌温度在80℃左右,处理时间在3~5分钟,且能最大限度的保持其营养成分。

二、使用操作方便。微波功率和传送带速度均可无级调节,不存在热惯性,可即开即停,简单易控。改善生产环境。微波设备无余热辐射、无粉尘、无噪音、无污染,易于实现食品卫生的检测标准。

三、低温杀菌、营养成分损失少。对维生素C的保留常规热处理果蔬是46%~50%,微波则能达到60%~90%;对维生素A的保持常规热处理是58%,而微波处理则到84%,并且不影响原有风味,是果蔬食品深加工,获得绿色食品的良好手段。

微波是指波长为1mm~1m,频率为300~300000MHz的电磁波,其方向和大小随时间作周期性变化。我国常用的频率有915MHz和2450MHz。微波与物料直接作用,将高频电磁波转化为热能的过程即为微波加热。早在20世纪60年代,国外就将微波技术应用于食品工业,主要用于食品干燥、杀菌、膨化、烹调等方面。如瑞典的卡洛里公司用2450MHz、80kW 的微波面包杀菌机,加工能力为1816kg/h,经微波处理后,面包温度由20℃上升到80℃,时间仅需1~2min,处理后的面包片保存期由原来的3~4d延长到30~60d。我国从20世纪70年代开始研制、推广微波技术与设备。近年来,微波的应用在食品工业中发展极为迅速。微波干燥、杀菌技术与设备日臻完善,功率从几kW到几百kW的各种用途、规格的微波干燥、杀菌设备层出不穷。由于人们对软包装食品需求量增加,各种袋装、盒装、瓶装的食品采用微波技术进行二次杀菌,既简单又有效。目前,我国研制的各种微波干燥杀菌设备在方便面的干燥、儿童食品、肉制品、豆制品、饮料等方面得到了广泛应用。

与巴氏加热杀菌法比较,微波杀菌有以下显著特点:

一、微波杀菌是一种物理杀菌方法,不需要添加任何化学产品就能够杀菌,而且不会对食品产生放射性物质的污染,也不会残留毒性,安全无害。对于食品原有的色香味以及营养成分也不会造成任何破坏。

二、同样温度下,所需杀菌时间短,不需要预热。且杀菌效果极为显著。

三、能同时对物料表里实施整体杀菌,极大地缩短杀菌周期,并保证杀菌一致性。这一特性能避免因长时间的加热影响食品品质,特别适用于不宜在较高温度或较长时间情况下进行杀菌的食品。例如:易挥发香辛成分的姜粉、含水分较多的鲜嫩海蛰等。对于既要保持色泽、香味和口感不变等质量要求又需杀菌的物料,使用微波杀菌可取得最佳效果。

四、微波杀菌可分为包装后杀菌和包装前杀菌。包装容器不能用金属质地的,需用介质材料,一般用塑料软包装或玻璃,工程塑料质地容器为宜。为防止在微波杀菌过程中涨袋,设备可在工作仓内施加压力采用反压杀菌工艺,可防止涨袋损失。

微波设备可对已包装、未包装的不同物品进行灭菌加工处理。可用于:1.粮食制品类:面包、月饼、面条、豆腐、豆腐干等。2.蔬菜类:泡菜、竹笋、香菇类等。3.水果类:荔枝、龙眼等。4.奶制品、调味品、香精香料、方便面汤料、火锅调料及各种液体等均可杀菌加工。

现微波加热杀菌技术已扩展到制造工业生产用的工业微波加热设备,以满足诸如食品加工行业的食品烹调与加工,杀菌保鲜需要;橡胶硫化、再生胶脱硫;纺织品染色固色;化纤产品定型、干燥脱水;皮草、纸张及化妆品的干燥、杀菌;胶卷等涂层的干燥脱水;烟叶焙烤;中成药材或制品的干燥杀菌;砂型坯模固化干燥、石墨材料、陶瓷的加热等行业需要。许多企业采用微波干燥、灭菌新技术,已经产生了良好的社会经济效益,更多的企业亦将采用微波设备,这一良好的趋势必将促进我国食品、制药、化工等行业的发展。

微波萃取

微波萃取是利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中,吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使得被萃取物质从基体或体系中分离,进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中;微波萃取具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、重现性好、节省时间、节省试剂、污染小等特点。目前,除主要用于环境样品预处理外,还用于生化、食品、工业分析和天然产物提取等领域。在国内,微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少。

微波萃取机理

微波萃取的机理可从两方面考虑,一方面微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质,到达物料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能,细胞内部温度迅速上升,使其细胞内部压力超过细胞壁膨胀承受能力,细胞破裂。细胞内有效成分自由流出,在较低的温度条件下萃取介质捕获并溶解。通过进一步过滤和分离,便获得萃取物料。另一方面,微波所产生的电磁场加速被萃取部分成分向萃取溶剂界面扩散速率,用水作溶剂时,在微波场下,水分子高速转动成为激发态,这是一种高能量不稳定状态,或者水分子汽化,加强萃取组分的驱动力;或者水分子本身释放能量回到基态,所释放的能量传递给其他物质分子,加速其热运动,缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间,从而使萃取速率提高数倍,同时还降低了萃取温度,最大限度保证萃取的质量。还有的文献是这样描述的:由于微波的频率与分子转动的频率相关连,所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时,促进了分子的转动运动,分子若此时具有一定的极性,便在微波电磁场作用下产生瞬时极化,并以2.45亿次/秒的速度做极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞,促进分子活性部分(极性部分)更好地接触和反应,同时迅速生成大量的热能,促使细胞破裂,使细胞液溢出来并扩散到溶剂中。

微波萃取优点

传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行,而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热。传统热萃取和传统热萃取相比,微波萃取具有以下特点:质量高,可有效地保护食品、药品以及其他化工物料中的功能成分;产量大;对萃取物具有高选择性;省时,可节省50%~90%的时间;溶剂用量少(可较常规方法少50%~90%);低耗能。微波辐射技术在食品萃取工业和化学工业上的应用研究虽然起步只有短短几年的时间,但已有的研究成果和应用成果已足以显示其以下优越性:反应或萃取快;产率高,产品质量好;后处理方便;安全;无污染,属于绿色工程;生产线组成简单,节省投资;微波萃取技术是食品和中药有效成分提取的一项新技术。据报道微波萃取较超临界萃取起步晚,微波技术应用于有机化合物萃取的第一篇文献发表于1986年,r.ngedye 等人

将样品放置于普通家用微波炉里通过选择功率档、作用时间和溶剂类型,只需短短的几分钟就可萃取传统加热需要几个小时甚至十几个小时的目标物质。1987年gangler曾从棉籽中提取棉实糖,从豆类中提取豆碱。九十年代初,由加拿大环境保护部和加拿大cwt-tran 公司携手开发了微波萃取系统 microwave assisted process 简称map )现已广泛应用到香料、调味品、天然色素、中草药、化妆品和土壤分析等领域,并且于1992年开始陆续取得了美国、墨西哥、日本、西欧、韩国的专利许可。并用大生产线在薄荷、海藻中提取有效物质均获得成功。微波萃取效率高、纯度高、能耗小、产生废物少、操作费用少、符合环境保护要求。可广泛用于中草药、香料、保健食品、化妆食品、化妆品、茶饮料、调味料、果胶、高粘度壳聚糖等行业,目前在我国微波萃取已经用于多项中草药的侵取生产线之中,如葛根、茶叶、银杏等。微波萃取已列为我国二十一世纪食品加工和中药制药现代化推广技术之一。某中药研究机构的科研工作者,已经用微波萃取方法处理上百种中药。无论是萃取速度、萃取效率还是萃取质量均取比常规工艺优秀得多的结果。

1、微波提取:

微波提取技术是利用微波的反射、穿透及吸收等特性及热效应和渗透速度快的特点,将药物组织和细胞中的生理活性物质通过破壁提取出来,提取时温度低,能有效保护物料中有效成份的流失;提取物纯度高,无污染、溶剂用量少,节约投资,是现在中药现代化中理想的提取设备。

2、其它提取:

常规提取与索氏提取,主要以热传导、由外向内进行加温,从而产生热梯度;由于提取时温度较高,不能有效的保护物料中的热敏性物质,而且2-3次才能提净;提取物纯度低、能耗高、有污染、易于糊化、投资费用高等缺点。

微波萃取与其它萃取方法的比较

微波萃取技术与现有其他的萃取技术相比有明显的优势。化学溶剂萃取法耗能大、耗材多,耗时长,提取效率低,工业污染量大。超临界流体提取在提取效率上得到大大提高,但其方法要求的装备复杂,溶剂选择范围窄,需高压力容器和高压泵,故投资成本较高,建立大规模提取生产

线有工程难度。国外有关科研人员研究了从植物样品中微波辅助提取多种杀虫剂的适用性。在10min微波照射,50%最大功率的优化条件下,微波萃取与传统的超临界萃取(sfe)杀虫剂的回收率无多大差别,但明显节省溶剂和时间,且可同时处理多个样品。同时研究表明,微波提取的最佳回收率与提取温度,植物样品的基体及杀虫剂类型密切相关,针对不同的样品,不同的杀虫剂,采用相应的提取温度及时间,获得比超临界萃取高的回收率是完全可行的。传统方法与微波辅助提取的回收率和时间的比较化合物回收率/% 所需时间传统微波传统微波天然脂肪(食物) 100 98 >3h <5min antinutritives 40 100 ≥3h <5min 杀虫剂(土壤) 90 100 <1.5h <1min

微波萃取技术的应用

微波萃取技术越来越受到科技工作者的重视。采用该技术提取的成分已涉及生物碱类、蒽醌类、黄酮类、皂苷类、多糖、挥发油、色素等,下面就各成分的提取逐一介绍。

生物碱类

Ganzler等从羽扇豆种子中提取金雀花碱(斯巴丁),与传统的振摇提取法比较,微波法提取物中斯巴丁含量比振摇法高20%,而且速度快,溶剂消耗量也大大减少。Brachet A等从可可叶中提取可卡因和苯甲酰芽子碱,考察了提取溶剂、粒径、样品湿度、微波功率及照射时间等参数。所得提取物与传统方法相当,但只用时30秒。有学者研究微波技术对麻黄中麻黄碱浸出量的影响,比较了微波提取与常规煎煮方法的优劣,结果微波法对麻黄碱的浸出量明显优于煎煮法,并且半量麻黄粗粉浸出量明显优于全量麻黄饮片,与中医药理论“煮散减半”相符。另有学者用微波法提取黄连中的小檗碱,以干固物和小檗碱含量测定结果为指标,比较微波和回流两种方法。干固物测定结果显示,在单位时间内微波处理较回流提取具有明显优势;以小檗碱含量为指标,结果显示回流提取小檗碱含量高于微波提取。

蒽醌类

郝守祝等研究了微波技术对大黄游离蒽醌浸出量的影响,采用正交实验考察了微波输出功率、物料粒径、浸出时间三个因素对提取率的影响,优选最佳浸出方案。以优选出的微波浸提方案和常规煎煮法及乙醇回流法比较,结果物料粒径对蒽醌成分

浸出影响极显著,功率对浸出影响显著,时间对浸出有一定影响。微波提取法对大黄游离蒽醌的提取率明显优于常规煎煮法,同乙醇回流法相当。

用微波照射过的点心和食品,其保鲜期可以延长。特别是点心切片后切面会污染,若在包装物的外部照射一下,有防霉的效果。甚至将点心用塑料袋装后再集中一批装入纸箱前,经过传送带再用微波照射一下,也有很好的效果。此外,除了适应微波照射,点心的包装材料也要适当变化一下。防霉、杀菌装置若是应付小批量可以用一般的微波炉即可(当然尺寸要稍大)。但对于大批量、大容量,建议选用如图所示的特制微波炉,以保证加热温度均匀。

设备简介

鑫弘微波设备整体外形结构紧凑、美观、流畅,占地面积小。针对该物料的物理特性,设计合理的箱体尺寸,使加热器内微波功率密度均匀,微波自上而下宽带馈入,使物料加热更加均匀。采用全新的微波烘干技术与设备。能够实现物料的无污染和均匀干燥,同时可大幅降低干燥温度,此外干燥速度通常提高数倍以上,生产效率大幅提高,干燥能耗通常降低50%以上,卫生指标完全符合国家食品卫生标准,最终实现安全洁净高效生产。

微波设备在乳胶制品蒸煮和烘干的探索

天然乳胶制品微波设备是近年来主要应用在家居寝具上的新领域。天然乳胶从橡胶树上收集后,通过除氨、发泡、蒸煮硫化制成天然乳胶枕头、乳胶床垫、乳胶片材、管材等。天然乳胶制品的弹性好,透气佳、可根据人体自身的重量和形状依托承重。

天然乳胶的干燥不能采用阳光晒干的方式,只能风干或低温烘烤的方式,传统的热风烘干穿透力不足,不能渗透到床垫、枕头等比较厚的乳胶产品里快速烘干,所以干燥时间长,容易产生颜色分层的次品。天然乳胶在烘干时最大的问题是不耐温度,不阻燃,一旦烘干温度超过85很容易掌握不好极易起火燃烧。

采用微波设备对天然乳胶制品的蒸煮和烘干可达到快速均匀的烘干效果,但微波蒸煮和烘干的温度很难恒定掌握,如在蒸煮和烘干的后阶段低水分时微波功率掌握不好则乳胶容易起火燃烧。现有的蒸煮和烘干经过我们大量的摸索采用了微波加热风的联合干燥方式,配置喷淋灭火装置,前期天然乳胶大水分时采用微波快速蒸煮和烘干,后期低水分时采用热风的恒温干燥,这种联合干燥的方式可大大降低乳胶起燃的风险,产品烘干均匀,做到微波和热风干燥的优势互补。

微波干燥设备的发展速度

随着近十年来国内工业生产总值的一路攀高,越来越多的微波设备应用于工业化的大生产,也越来越多的替代了传统的干燥工艺和设施。

微波干燥设备的发展速度进入了一个“蓬勃时期”。目前国内的微波干燥设备在食品医药和化工、木材等行业的占有率和使用率比例超过了国际上的任何一个国家。据有关文献的统计,经过近十年的发展和研究,为了适应生产的需要,微波设备已经发展成为一个单独的干燥体系,拥有两大类型40多种规格的工业化设备,主要有隧道微波干燥杀菌设备、微波真空设备,微波柜式设备和微波萃取设备、微波解冻设备等等。

微波干燥设备在干燥设备类别中占有率已经超过了25%,这在我们中国都是具有划时代意义的。微波设备的应用大大提高了工业的生产率,改善了工作环境,符合当今社会节能减排的宗旨。微波干燥设备能得到工业干燥的青睐,是于微波独特的加热特性分不开的。传统的干燥设备加热都是传导性加热,水分迁移势和温度梯度差相冲突,干燥时间长,干燥温度高脱水效率低。而微波干燥是采用介电干燥的方式,无需预热和传导的过程。在干燥时还有杀菌的功效,这种独特的干燥杀菌工艺在干燥行业中有着很广阔的发展前景。

微波干燥矿石的优势:

微波干燥矿石的优势是利用电磁波对矿粉中极性分子的快速振荡起到加热脱水的效果。矿粉

或矿石颗粒均从地壳中挖矿采集出,一般情况下其中含有金属氧化物居多,分子极性多介电

常数较高。金属氧化物的矿粉和颗粒对微波有极好的吸收,造成自身介电损耗加热快速加热

脱水。因微波干燥加热无需预热,可直接针对矿石内的金属氧化物干燥,无需经过二次传导,

加热效率极高。故国内现很多采矿企业均采用微波干燥来代替传统的热风或远红外干燥方

式,经过对比可节能三分之一以上,时间减少一半。矿石因自身重量较重,本身不规则,含

水量不等。所以对微波设备的输送系统要求较高,要求输送带的耐磨性和承重性好,根据不

同矿石的吸波特性研发相应符合工艺的微波设备和操作方法,可大大提高和拓展微波能在矿

石烘干领域的发展。

真空干燥,又名解析干燥,是一种将物料置于负压条件下,并适当通过加热达到负压

状态下的沸点或着通过降温使得物料凝固后通过溶点来干燥物料的干燥方式。

物料内水分负压状态下溶点沸点都随着真空度的提高而降低,同时辅以真空泵间

隙抽湿降低水汽含量,使得物料内水等溶液获得足够的动能脱离物料表面。真空干燥

由于处于负压状态下隔绝空气使得部分在干燥过程中容易氧化等化学变化的物料更

好的保持原有的特性,也可以通过注入惰性气体后抽真空的方式更好的保护物料。常见的真空干燥设备有:真空干燥箱,连续真空干燥设备等。

鑫弘微波真空干燥机用于要求低温干燥的热敏性物料,易氧化、易发辉、高浓度、高粘性液态物料的干燥;中药浸膏及果蔬片的干燥、膨化。

真空干燥原理:

真空干燥方式各种各样究其根本而言可分为通过沸点和通过融点两种。

一、通过沸点干燥

干燥过程中,液体水分汽化有轴蒸发和沸腾两种方式。水在沸腾时的汽化速度比在蒸发时的汽化速度快得多,水分蒸发变成蒸汽可以在任何温度下进行。水分沸腾变成蒸汽,只能在特定温度下进行,但是当降低压强的时候,水的沸点也降低。例如,在19 .6kPa气压下,水的沸点即可降到60°C。真空干燥机就是在真空状态下,提供热源,通过热传导、热辐射等传热方式供给物料中水分足够的热量,使蒸发和沸腾同时进行,加快汽化速度。同时,抽真空又快速抽出汽化的蒸汽,并在物料周围形成负压状态,物料的内外层之间及表面与周围介质之间形成较大的湿度梯度,加快了汽化速度,达到快速干燥的目的。

真空干燥过程受供热方式、加热温度、真空度、冷却剂温度、物料的种类和初始温度及所受压紧力大小等因素的影响,通常供热有热传导、热辐射和两者结合三种方式。

二、通过融点干燥(又称之为冷冻干燥)

干燥过程中首先将将湿物料(或溶液)在较低温度下(-10—-50℃)冻结成固态,然后在高度真空(130~0.1Pa)下,将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程,也称升华干燥。实现这种真空干燥的必要条件是干燥过程的压力应低于操作温度下冰的饱和蒸汽压。常控制在相应温度下冰的饱和蒸气压的1/2—1/4。如一40℃时干

燥,操作压力应为2.7~6.7Pa。

湿物料也可以不预冻,而是利用高度真空时水分汽化吸热而将物料自行冻结。这种冻结能量消耗小,但对液体物料易产生泡沫或飞溅现象而遭致损失,同时也不易获得多孔性的均匀干燥物。一般情况下,热量由加热介质通过干燥室的间壁供给,因此,既要供给湿物料的热量以保证一定的干燥速率,又要避免冰的溶化。干燥过程中升华温度一般为-35—-5℃,其抽出的水分可在冷凝器上冷冻聚集或直接为真空泵排出。若升华时需要的热量直接由所干燥的物料供给,这种情况下,物料温度降低很快,以致于冰的蒸汽压很低而使升华速率降低。

特性

真空干燥箱的过程就是将干燥物料置放在密闭的干燥室内,用真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热,使物料内部的水分通过压力差或浓度扩散差到表面,水分子在物料表面获得足够的动能,在克服分子间的相互吸引力后,逃逸到真空室的低压空间,从而被真空泵抽走的过程。

在真空干燥过程中,干燥室内的压力始终低于大气压力,气体分子数少,密度低,含氧量低,因而能干燥容易氧化变质的物料、易燃易爆的危险品等。对药品、食品和生物制品能起到一定的消毒灭菌作用,可以减少物料染菌的机会或者抑制某些细菌的生长。

因为水在汽化过程中其温度与蒸汽压是成正比的。所以真空干燥时物料中的水分在低温下就能汽化,可以实现低温干燥。这对某些药品、食品和农副产品中热敏性物料的干燥是有利的。

中药提取是从药材(动植物)浸出有效成分以便制成供内服、注射和外用的制剂。药材所含成分非常复杂,按药理作用和组成性质非为:有效成分、辅助成分、无效成分和组织物质。提取与分离的目的是最大限度的有效成分和辅助成分,尽其可能弃除无效成分、有害成分及组织物质的使用最小剂量达到最长疗程最高疗效之目的。随着西药屡次出现毒副作用,耐药性及过敏等不良反应,因而天然药物广受青睐,人们也加强天然药物生产工艺的研发,试图改变传统的工艺方法,以达到最佳效果。中药提取、分离提纯、干燥技术成为研究的热点,在提取方面,除对传统的索氏提取进行改造,如动态提取、提取与浓缩联合机组等的外,将超声波,超临界,微波等技术在中药提取的生产工艺上。在浓缩分离技术上除改变过去的单效蒸发为双效、三效浓缩,以降低蒸汽耗量,同时为更多的保留有效成分,现在又将膜分离技术应用在提取液的浓缩分离上,使其过程均在常温下进行,不仅达到更明显的节能效果,而且最大限度的保留热敏性的有效成分,提高的药物是含量和纯度。在固态制剂中,改变传统应用在生产上的常压,真空箱式干燥工艺,喷雾干燥、冷冻干燥及微波干燥应用在生产上,不但提高自动化水平,而且实现GMP防止污染、交叉感染的目标,尤其是防止微生物污染上更突显其优越性,同时可以实现CIP和SIP,使产品质量有了突破性的提高。本节重点讨论中药提取、尤其是微波协助的应用上。

药材浸出

浸出原理:药材的大部分有效成分从与细胞原生质中的液泡内,在溶媒进入细胞组织溶解其有效成分后变成浸出液。药材的浸出过程浸润、溶解、扩散、置换等四个阶段。当药材粉粒与浸出溶媒混合时,浸出溶媒首先附着于粉粒表面使之润湿,然后通过毛细管和细胞间隙进入细胞内。溶媒进入细胞后可溶性成分逐渐溶解,胶性物质由于胶溶作用也转入溶液中,浸出溶媒溶解有效成分后形成浓溶液,具有较高的渗透压。用浸出液或稀浸出液随时置换药材粉粒周围的浓浸出液,这是浸出过程的关键。

影响浸出的因素:药材浸出有效成分,应根据其性质选择适当的溶媒,含水溶性成分药材以水提,而含脂溶性成分的药材则用醇提.浸出溶媒的应用关系到有效成分的浸出率,制剂的有效性.安全性.稳定性及经济性。

浸出溶媒的选择:用于药材浸出的液体称为浸出溶媒.浸出溶媒浸取药材后得到的液体称浸出液.浸出后的残留物质称为药渣.由于药材中可溶性成分非常复杂,浸出的目的在于选择适当的溶媒和方法.浸出液经过适当的精制处理可制成中药的各类剂型,如口服液、滴剂、注射剂、片剂、胶囊剂、气雾剂、为何浸出药剂所制成的药物比单方或直接入药的药材粉末制成的剂型疗效更好,疗程更短,更安全稳定呢?首先,浸出药剂同原药材相比,由于除去组织物质和部分无效成分,相应提高有效成分的浓度,增加某些有效成分的稳定性,减少用量,便于服用.其次浸出药剂的作用通常比较缓慢持久,毒性也较低.应辅助成分的共存可促进有效成分的吸收.其三,中药的治疗作用以“阴阳五行.右臣左使”中医药理论为基础,强调总体协调的治疗作用,浸出药剂具有药材各浸出成分的综合作用,具分析在浸提的过程,可能还伴随着某些化学反映而产生的物质,因而有利于发挥某些药材成分的多效性和相辅相成的效果。

微波干燥与灭菌

微波干燥,灭菌技术现已广泛用于医药、食品、饮品、化妆品行业,效果良好。

概述:介电加热干燥是将物料置于高频电场内,由于高频电场的交变作用,使物

间的超高频加热称为微波加热,目料加热达到干燥的目的,电场的频率<300MH

2

两种,后者在一定条件下还有霉菌作用前微波加热所用的频率为915和2450MH

2

干燥热理:微波为波长㎜到㎝之间的电磁波。温物料中的水分子,在微波电场的作用下,它会被极化并沿着微波电场的方向整齐排列,由于微波是一种高频交变电场,水分子就会随着电场方向的交互变化而不断地迅速转动并产生剧烈的碰撞和摩擦,部分微波能就转化为热能,从而达到干燥的效能,也就是说,微波加热量物质在外加电场下,产生分子极化现象,随着电压按高频率交替地变换方向,正负电场的方向也交替地改变,极化分子也随着不停地转动。其一部分能量转化为分子无规则运动的能量,分子运动加剧。摩擦生热,故物质温度外高,由于热量在被加热的物质中产生的所以加热很均匀,并且外温速度快,物料受热均匀,热效率高。故其干燥速度快,干燥的产品也较均匀洁净。因为微波作用于温物料,其中所含水分立即被均匀加热,它与传导、对流和辐射三种干燥的传热方式不同,无需经过传热途径和传热时间,热损失少。在干燥过程中,湿物料内部水分往往比表面高,则物料内部吸收的能量多。温度比表面高,这样湿物料的温度速度与水的扩散方向是一致的,从而提高了水分的扩散速率,加快了干燥速度。此外,微波还具有选择性加热的特点。由于水的介电常数比固体物料大的多,故湿物料中的水分就没较多能量而迅速汽化,而固体物料因吸收微波的能力小,温度不会升温过高,有效成分不至于受破坏,有利于保持产品的质量。

微波灭菌的原理:

主要基于介质在高频率电磁场中被加热的原理。微波在几千兆赫的高频电磁场中,以周期每秒几十亿次次的频率摆动。电场正负频繁交替变化,极性介质也随电场磁性变化而复更,相

一维热传导方程

一维热传导方程 一. 问题介绍 考虑一维热传导方程: (1) ,0),(22T t x f x u a t u ≤<+??=?? 其中a 是正常数,)(x f 是给定的连续函数。按照定解条件的不同给法,可将方程(1)的定解问题分为两类: 第一类、初值问题(也称Cauthy 问题):求具有所需次数偏微商的函数),(t x u ,满足方程(1)(∞<<∞-x )和初始条件: (2) ),()0,(x x u ?= ∞<<∞-x 第二类、初边值问题(也称混合问题):求具有所需次数偏微商的函数),(t x u ,满足方程(1)(l x <<0)和初始条件: (3) ),()0,(x x u ?= l x <<0 及边值条件 (4) .0),(),0(==t l u t u T t ≤≤0 假定)(x ?在相应区域光滑,并且在l x ,0=满足相容条件,使上述问题有唯一充分光滑的解。 二. 区域剖分 考虑边值问题(1),(4)的差分逼近。去空间步长N l h /=和时间步长M T /=τ,其中N,M 都是正整数。用两族平行直线: 将矩形域}0;0{T t l x G ≤≤≤≤=分割成矩形网格,网格节点为),(k j t x 。以h G 表示网格内点集合,即位于开矩形G 的网点集合;h G 表示所有位于闭矩形G 的网点集合;h Γ=h G --h G 是网格界点集合。 三. 离散格式 第k+1层值通过第k 层值明显表示出来,无需求解线性代数方程组,这样的格式称为显格式。 第k+1层值不能通过第k 层值明显表示出来,而由线性代数方程组确定,这样的格式称为隐格式。 1. 向前差分格式 (5) ,221 11j k j k j k j k j k j f h u u u a u u ++-=--++τ

热传导方程及其定解问题的导出

第一章 热传导方程 本章介绍最典型的抛物型方程—热传导方程,在研究热传导,扩散等物理现象时都会遇 到这类方程. §1 热传导方程及其定解问题的导出 1.1热传导方程的导出 物理模型 在三维空间中,考虑一均匀,各向同性的物体Ω,假定它内部有热源,并且与周围介质有热交换,需要来研究物体内部温度的分布和变化. 以函数),,,(t z y x u 表示物体Ω在位置),,(z y x 及时刻t 的温度.物体内部由于各部分温度不同,产生热量的传递,它们遵循能量守恒定律. 能量守恒定律 物体内部的热量的增加等于通过物体的边界流入的热量与由物体内部的热源所生成的热量的总和 . 在物体Ω内任意截取一块D .现在时段],[21t t 上对D 使用能量守恒定律. 设),,,(t z y x u u =是温度(度),c 是比热(焦耳∕度·千克),ρ是密度(千克/米3), q 是热流密度(焦耳/秒·米2),0f 是热源强度(焦耳/千克·秒). 注意到在dt 时段内通过D 的边界D ?上小块dS 进入区域D 的热量为dSdt n q ?-(n 是 D ?的外法向),从而由能量守恒律,我们有 ,)||(21 21 120??????????+?-=-?==t t D t t D D t t t t dxdydz f dt ds n q dt dxdydz u u c ρρ (1.1) 大家知道,热量流动的原因是因为在物体内部存在温差.依据传热学中的傅立叶实验定律,在一定条件下,热流向量与温度梯度成正比 ,u k q ?-= (梯度? ?? ? ????????==?z u y u x u gradu u ,,) (1.2) 这里负号表明热量是由高温向低温流动,k 是物体的导热系数.

热传导方程的求解

应用物理软件训练 前言 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其

他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。 本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。

题目:热传导方程的求解 目录 一、参数说明 (1) 二、基本原理 (1) 三、MATLAB程序流程图 (3) 四、源程序 (3) 五、程序调试情况 (6) 六、仿真中遇到的问题 (9) 七、结束语 (9) 八、参考文献 (10)

一、参数说明 U=zeros(21,101) 返回一个21*101的零矩阵 x=linspace(0,1,100);将变量设成列向量 meshz(u)绘制矩阵打的三维图 axis([0 21 0 1]);横坐标从0到21,纵坐标从0到1 eps是MATLAB默认的最小浮点数精度 [X,Y]=pol2cart(R,TH);效果和上一句相同 waterfall(RR,TT,wn)瀑布图 二、基本原理 1、一维热传导问题 (1)无限长细杆的热传导定解问题 利用傅里叶变换求得问题的解是: 取得初始温度分布如下 这是在区间0到1之间的高度为1的一个矩形脉冲,于是得 (2)有限长细杆的热传导定解问题

热传导方程

前言 本文只是针对小白而写,可以使新手对热传导理论由很浅到不浅的认识,如想更深学习热传导知识,请转其它文档。 一、概念与常量 1、温度场: 指某一时刻下,物体内各点的温度分布状态。 在直角坐标系中:; 在柱坐标系中:; 在球坐标系中:。 补充:根据温度场表达式,可分析出导热过程是几维、稳态或非稳态的现象,温度场是几维的、稳态的或非稳态的。 2、等温面与等温线: 三维物体内同一时刻所有温度相同的点的集合称为等温面; 一个平面与三维物体等温面相交所得的的曲线线条即为平面温度场中的等温线。 3、温度梯度: 在具有连续温度场的物体内,过任意一点P温度变化率最大的方向位于等温线的法线方向上。称过点P的最大温度变化率为温度梯度(temperature gradient)。用grad t表示。 定义为: 补充:温度梯度表明了温度在空间上的最大变化率及其方向,是向量,其正向与热流方向恰好相反。对于连续可导的温度场同样存在连续的温度梯度场。

在直角坐标系中: 3、导热系数 定义式:单位 导热系数在数值上等于单位温度降度(即1)下,在垂直于热流密度的单位面积上所传导的热流量。导热系数是表征物质导热能力强弱的一个物性参数。 补充:由物质的种类、性质、温度、压力、密度以及湿度影响。 二、热量传递的三种基本方式 热量传递共有三种基本方式:热传导;热对流;热辐射 三、导热微分方程式(统一形式:) 直角坐标系: 圆柱坐标系: 球坐标系: 其中,称为热扩散系数,单位,为物质密度,为物体比热容,为物体导热系数,为热源的发热率密度,为物体与外界的对流交换系数。 补充: 1处研究的对象为各向同性的、连续的、有内热源、物性参数已知的导热物体。 2稳态温度场,即则有:,此式称为泊松方程。 3无内热源的稳态温度场,则有:,此式称为拉普拉斯方程。 四、单值条件 导热问题的单值条件通常包括以下四项: 1几何条件:表示导热物体的几何形状与大小(一维、二维或三维)

热传导方程傅里解

热传导方程傅里解

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热传导在三维的等方向均匀介质里的传播可用以下方程表达: 其中: ?u =u(t, x, y, z) 表温度,它是时间变量t 与空间变量(x,y,z) 的函数。 ?/是空间中一点的温度对时间的变化率。 ?, 与温度对三个空间座标轴的二次导数。 ?k决定于材料的热传导率、密度与热容。 热方程是傅里叶冷却律的一个推论(详见条目热传导)。 如果考虑的介质不是整个空间,则为了得到方程的唯一解,必须指定u 的边界条件。如果介质是整个空间,为了得到唯一性,必须假定解的增长速度有个指数型的上界,此假定吻合实验结果。 热方程的解具有将初始温度平滑化的特质,这代表热从高温处向低温处传播。一般而言,许多不同的初始状态会趋向同一个稳态(热平衡)。因此我们很难从现存的热分布反解初始状态,即使对极短的时间间隔也一样。 热方程也是抛物线偏微分方程最简单的例子。 利用拉普拉斯算子,热方程可推广为下述形式

其中的是对空间变量的拉普拉斯算子。 热方程支配热传导及其它扩散过程,诸如粒子扩散或神经细胞的动作电位。热方程也可以作为某些金融现象的模型,诸如布莱克-斯科尔斯模型与 Ornstein-Uhlenbeck 过程。热方程及其非线性的推广型式也被应用于影像分析。量子力学中的薛定谔方程虽然有类似热方程的数学式(但时间参数为纯虚数),本质却不是扩散问题,解的定性行为也完全不同。 就技术上来说,热方程违背狭义相对论,因为它的解表达了一个扰动可以在瞬间传播至空间各处。扰动在前方光锥外的影响通常可忽略不计,但是若要为热传导推出一个合理的速度,则须转而考虑一个双曲线型偏微分方程。 以傅里叶级数解热方程[编辑] 以下解法首先由约瑟夫·傅里叶在他于1822年出版的著作Théorie analytique de la chaleur(中译:解析热学)给出。先考虑只有一个空间变量的热方程,这可以当作棍子的热传导之模型。方程如下: 其中u = u(t, x) 是t和x的双变量函数。 ?x是空间变量,所以x∈[0,L],其中L表示棍子长度。

一维热传导方程

一维热传导方程Last revision on 21 December 2020

一维热传导方程 一. 问题介绍 考虑一维热传导方程: (1) ,0),(22T t x f x u a t u ≤<+??=?? 其中a 是正常数,)(x f 是给定的连续函数。按照定解条件的不同给法,可将方程(1)的定解问题分为两类: 第一类、初值问题(也称Cauthy 问题):求具有所需次数偏微商的函数),(t x u ,满足方程(1)(∞<<∞-x )和初始条件: (2) ),()0,(x x u ?= ∞<<∞-x 第二类、初边值问题(也称混合问题):求具有所需次数偏微商的函数),(t x u ,满足方程(1)(l x <<0)和初始条件: (3) ),()0,(x x u ?= l x <<0 及边值条件 (4) .0),(),0(==t l u t u T t ≤≤0 假定)(x ?在相应区域光滑,并且在l x ,0=满足相容条件,使上述问题有唯一充分光滑的解。 二. 区域剖分 考虑边值问题(1),(4)的差分逼近。去空间步长N l h /=和时间步长M T /=τ,其中N,M 都是正整数。用两族平行直线: 将矩形域}0;0{T t l x G ≤≤≤≤=分割成矩形网格,网格节点为),(k j t x 。以h G 表示网格内点集合,即位于开矩形G 的网点集合;h G 表示所有位于闭矩形G 的网点集合;Γ=G --G 是网格界点集合。

三. 离散格式 第k+1层值通过第k 层值明显表示出来,无需求解线性代数方程组,这样的格式称为显格式。 第k+1层值不能通过第k 层值明显表示出来,而由线性代数方程组确定,这样的格式称为隐格式。 1. 向前差分格式 (5) ,22111j k j k j k j k j k j f h u u u a u u ++-=--++τ )(j j x f f =, )(0 j j j x u ??==, 00==k N k u u , 其中j = 1,2,…,N-1,k = 1,2,…,M-1。以2/h a r τ=表示网比。则方程(5)可以改写为: 易知向前差分格式是显格式。 2. 向后差分格式 (6) ,11111)21(j k j k j k j k j f u ru u u ru τ+=-++-+-+++ )(0 j j j x u ??==, 00==k N k u u , 其中j = 1,2,…,N-1,k = 1,2,…,M-1,易知向前差分格式是显格式。 3. 六点对称格式(Grank-Nicolson 格式) 将向前差分格式和向后差分格式作算术平均,即得到六点对称格式: (7) 111112)1(2+-+++-++-k j k j k j u r u r u r =j k j k j k j f u r u r u r τ++-+-+112 )1(2 利用0j u 和边值便可逐层求到k j u 。六点对称格式是隐格式,由第k 层计算第k+1层时需解线性代数方程组(因系数矩阵严格对角占优,方程组可唯一求解)。

热传导方程抛物型偏微分方程和基本知识

1. 热传导的基本概念 1.1温度场 一物体或系统内部,只要各点存在温度差,热就可以从高温点向低温点传导, 即产生热流。因此物体或系统内的温度分布情况决定着由热传导方式引起的传热速率(导热速率)。 温度场:在任一瞬间,物体或系统内各点的温度分布总和。 因此,温度场内任一点的温度为该点位置和时间的函数。 〖说明〗 若温度场内各点的温度随时间变化,此温度场为非稳态温度场,对应于非稳 态的导热状态。 若温度场内各点的温度不随时间变化,此温度场为稳态温度场,对应于稳态 的导热状态。 若物体内的温度仅沿一个坐标方向发生变化,且不随时间变化,此温度场为 一维稳态温度场。 1.2 等温面 在同一时刻,具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为在空间同一点不可能同时有两个不同的温度,所以温度不同的等温面不会相交。 1.3 温度梯度 从任一点起沿等温面移动,温度无变化,故无热量传递;而沿和等温面相交 的任一方向移动,温度发生变化,即有热量传递。温度随距离的变化程度沿法向最大。 温度梯度:相邻两等温面间温差△t与其距离△n之比的极限。 〖说明〗 温度梯度为向量,其正方向为温度增加的方向,与传热方向相反。 稳定的一维温度场,温度梯度可表示为:grad t = dt/dx

2. 热传导的基本定律——傅立叶定律 物体或系统内导热速率的产生,是由于存在温度梯度的结果,且热流方向和 温度降低的方向一致,即与负的温度梯度方向一致,后者称为温度降度。 傅立叶定律是用以确定在物体各点存在温度差时,因热传导而产生的导热速率大小的定律。 定义:通过等温面导热速率,与其等温面的面积及温度梯度成正比: q = dQ/ds = -λ·dT/dX 式中:q 是热通量(热流密度),W/m2 dQ是导热速率,W dS是等温表面的面积,m2 λ是比例系数,称为导热系数,W/m·℃ dT / dX 为垂直与等温面方向的温度梯度 “-”表示热流方向与温度梯度方向相反 3. 导热系数 将傅立叶定律整理,得导热系数定义式: λ= q/(dT/dX) 物理意义:导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。因此,导热系 数表征物体导热能力的大小,是物质的物性常数之一。其大小取决于物质的组成结构、状态、温度和压强等。 导热系数大小由实验测定,其数值随状态变化很大。 3.1 固体的导热系数 金属:35~420W/(m·℃),非金属:0.2~3.0W/ (m·℃) 〖说明〗

2热传导方程的初值问题

§2热传导方程的初值问题 一维热传导方程的初值问题(或Cauchy 问题) ?? ???+∞<<∞-=>+∞<<∞-=??-??x x x u t x t x f x u a t u ),()0,(0 ,),,(2 2 2? () 偏导数的多种记号xx x t u x u u x u u t u =??=??=??22,,. 问题也可记为 ?? ?+∞ <<∞-=>+∞<<∞-=-x x x u t x t x f u a u xx t ),()0,(0 ,,),(2?. Fourier 变换 我们将用Fourier 变换法求解热传导方程的柯西问题.为此我们将着重介绍Fourier 变换的基本知识.Fourier 变换在许多学科中是重要使用工具. 可积函数,设)(x f f =是定义在),(+∞-∞上的函数, 且对任意A B <,()f x 在[,]A B 上可 积,若积分 ? +∞ ∞ -dx x f )(收敛,则称)(x f 在),(+∞-∞上绝对可积。 将),(+∞-∞上绝对可积函数形成的集合记为),(1 +∞-∞L 或),(+∞-∞L , 即{ } ∞<=+∞-∞=+∞-∞? +∞ ∞ -dx x f f L L )(| ),(),(1 ,称为可积函数空间. 连续函数空间: ),(+∞-∞上全体连续函数构成的集合,记为),(+∞-∞C , {}上连续在),(|),(+∞-∞=+∞-∞f f C , {}上连续在),(,|),(1+∞-∞'=+∞-∞f f f C 。 定义 若),(+∞-∞∈L f ,那么积分 ),(?)(21 λπ λf dx e x f x i =? +∞ ∞ -- 有意义,称为Fourier 变换, )(? λf 称为)(x f 的Fourier 变式(或Fourier 变换的象). ? +∞ ∞ --= =dx e x f f Ff x i λπ λλ)(21)(?)( 定理 (Fourier 积分定理)若),(),(1 +∞-∞?+∞-∞∈C L f ,那么我们有

第八章 热传导和扩散问题的傅里叶解

第八章 热传导方程的傅里叶解 第一节 热传导方程和扩散方程的建立 8.1.1 热传导方程的建立 推导热传导方程和前面弦振动所用的数学方法完全相用,不同之处在于具体的物理规律不同。这里用到的是热学方面的两个基本规律,即能量守恒和热传导的傅里叶实验定律。 热传导的傅里叶实验定律:设有一块连续的介质,选定一定的坐标系,并用(,,,)u x y z t 表示介质内空间坐标为的一点在t 时刻的温度。若沿x 方向有一定的温度差,在x 方向也就一定有热量的传递。从宏观上看,单位时间内通过垂直x 方向的单位面积的热量q 与温度的沿x 方向的空间变化率成正比,即 x u q k x ?=-? (8-1.1) q 称为热流密度,k 称为导热系数。公式中的负号表示热流的方向和温度变化的方向正好相 反,即热量由高温流向低温。 研究三维各向同性介质中的热传导,在介质中三个方向上存在温度差,则有 x u q k x ?=-?,y u q k y ?=-?,z u q k z ?=-? 或 q k u =-?r 即热流密度矢量q r 与温度梯度u ?成正比。 下面以一维均匀细杆为例,根据傅里叶实验定律和能量守恒定律推导介质中的热传导方程。 第一步,定变量。研究介质x 位置处在t 时刻的温度(,)u x t 。 第二步,取局部。在介质内部隔离出从x 到x x +?一段微元长度,在t 到t t +?时间内温度的变化(,)(,)u u x t t u x t ?=+?-。 第三步,立假设。假设均匀介质的横截面积为A ,质量密度为ρ,比热为c ,热传导系数为k 。

第四步,找规律。隔离出来的微元长度在t 到t t +?时间内吸收的热量为: Q c m u c A x u ρ=????=???? (8-1.2) 在t 到t t +?时间内,同过x 位置处的横截面的热量为: 1x x x Q q A t k u A t =???=-?? (8-1.3) 在t 到t t +?时间内,同过x x +?位置处的横截面的热量为: 2x x x x x Q q A t k u A t +?+?=???=-?? (8-1.4) 如果在微元段内有其他的热源,假设在单位时间单位体积内产生的热量为(,)F x t ,则该热源在微元内产生的热量为: (,)3Q F x t t A x =???? (8-1.5) 第五步,列方程。根据能量守恒定律,净流入的热量应该等于介质在此时间内温度升高所需要的热量。 123Q Q Q Q =-+ 即 (,)x x x x x c A x u k u A t k u A t F x t t A x ρ+?????=-??+??+???? (,)x x x x x u u u c k F x t t x ρ+?-??? =+?? 得到: (,)t xx k F x t u u c c ρρ = + 令 a = (,)(,)F x t f x t c ρ= 则得到热传导方程为 (,)2t xx u a u f x t =+ (8-1.6) 当介质内部无其他热源时,热传导方程是齐次的,为 2t xx u a u = (8-1.7) 8.1.2 扩散方程的建立

热传导方程的导出及其定解问题的导出

热传导方程的导出及其定解问题的导出 1. 热传导方程的导出 考察空间某物体G 的热传导问题。以函数(,,,)u x y z t 表示物体G 在位置(,,)x y z 及时刻t 的温度。 依据传热学中的Fourier 实验定律,物体在无穷小时段dt 内沿法线方向n 流过一个无穷小面积dS 的热量dQ 与物体温度沿曲面dS 法线方向的方向导数 u n ??成正比,即 (,,) u dQ k x y z dSdt n ?=-? (1-1) 其中(,,)k x y z 称为物体在点(,,)x y z 处的热传导系数,它应取正值。(1-1)式中负号的出现是由于热量总是从温度高的一侧流向低的一侧,因此dQ 应和 u n ??异号。 在物体G 内任取一闭曲面Γ,它所包围的区域记为Ω,由(1-1)式,从时刻1t 到2t 流进此闭曲面的全部热量为 21(,,)t t u Q k x y z dS dt n Γ?? ?=??????? ? (1-2) 这里 u n ??表示u 沿Γ上单位外法线方向n 的方向导数。 流入的热量使物体内部的温度发生变化,在实践间隔12(,)t t 中物体温度从1(,,,)u x y z t 变化到2(,,,)u x y z t ,它所应该吸收的热量是 21(,,)(,,)[(,,,)(,,,)]c x y z x y z u x y z t u x y z t dxdydz ρΩ -??? 其中c 为比热,ρ为密度。因此就成立 21 21(,,) (,,)(,,)[(,,,)(,,,)]t t u k x y z dS dt c x y z x y z u x y z t u x y z t dxdydz n ρΓΩ ??? =-??????????? (1-3) 假设函数u 关于变量,,x y z 具有二阶连续偏导数,关于t 具有一阶连续偏导数,利用格林公式,可以把(1-3)化为 2 21 1t t t t u u u u k k k dxdydzdt c dt dxdydz x x y y z z t ρΩΩ????????????????? ++=?????????? ? ? ? ?????????????? ???? 交换积分次序,就得到 2 1 0t t u u u u c k k k dxdydzdt t x x y y z z ρΩ?? ?????????????---=?????? ? ? ??????????????? ? (1-4) 由于12,,t t Ω都是任意的,我们得到

热传导方程差分格式

热传导方程的差分格式第2页 一维抛物方程的初边值问题 分别用向前差分格式、向后差分格式、六点对称格式,求解下列问题: .:u ;:2u a 2,0 ::: x :: 1, .:t ;x u(x,0) =sin 二x, 0 :: x :: 1 u(O,t) =u(1,t) =0, t 0 2 在t =0.05,0.1和0.2时刻的数值解,并与解析解u(x,t)=ef t s in (二x)进行比较 1差分格式形式 2 设空间步长h =1/ N ,时间步长? ? 0, T =M ?,网比r = ? / h . (1) 向前差分格式 该问题是第二类初边值问题(混合问题),我们要求出所需次数的偏微商的函数 Eu c2u u(x,t),满足方程—a—^, 0 :::x :::1,和初始条件u(x,0)= sin x , 0 x ::: 1抚ex 及边值条件u(0,t) =u(1,t) =0, t 0。 已知sin二x在相应区域光滑,并且在x =0,丨与边值相容,使问题有唯一充分光滑的解。 取空间步长h =1/ N,和时间步长-T /M,其中N,M都是正整数。用两族平行 直线x= j X =( j h0Hj 1 ,和tlNt k =X(k=0,1,|||,M) 将矩形域 G二{0 — x — 1,t — 0}分割成矩形网络,网络格节点为(X j,t k)。以G h表示网格内点集合, 即位于矩形G的网点集合;G h表示闭矩形G的网格集合;丨h=G h-G h是网格界点的集合。 向前差分格式,即 k 1 k k k k u, -u, u, 1 -2比■ u, 4 - j二a 亠2亠t ( 1) £h

第一章导热理论和导热微分方程

第一章 导热理论和导热微分方程 相互接触的物体各部分之间依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而传递热量的过程称为导热。在纯导热过程中物体各部分之间没有宏观运动。 与固体物理的理论研究方法不同,传热学研究导热问题时不是对导热过程的微观机理作深入的分析,而是从宏观的、现象的角度出发,以实验中总结出来的基本定律为基础进行数学的推导,以得到如温度分布、温度-时间响应和热流密度等有用的结果。这种处理方法的物理概念简单明了,但所要求的数学知识和技能仍是复杂和困难的。本书在材料的选取上,注意在介绍有重要应用价值的结果的同时,也给予求解导热问题的典型数学方法以足够的重视,以培养和发展读者独立解决问题的能力。 1-1 导热基本定律 1-1-1 温度场 由于传热学以宏观的、现象的方式来研究导热问题,团此必须引入连续介质假定,以便用连续函数来描述温度分布。温度场就是在一定的时间和空间域上的温度分布。它可以表示为空间坐标和时间的函数。由于温度是标量,温度场是标量场。常用的空间坐标系有三种:直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。在直角坐标系中,温度场可以表示为 (,,,)t f x y z τ= (1-1-1) 式中:t 表示温度;x 、y 、z 为三个空间坐标;τ表示时间。 若温度场各点的温度均不随时间变化,即0t τ??=,则称该温度场为稳态温度场,否则为非稳态温度场。若温度场只是一个空间坐标的函数,则称为一维温度场;若温度场是两个或三个空间坐标的函数,则称为二维或三维温度场。 1-1-2 等温面与温度梯度 物体内温度相同的点的集合所构成的面叫做等温面。对应不同温度值的等温面构成等温面族。等温面与任一截面的交线形成等温线。由于等温线具有形象直观的优点,二维温度场常用等温线来表示温度分布。 由于在同一时刻物体的一个点上只能有一个温度值,所以不同的等温面不可能相交。它们或者在域内形成封闭曲线,或者终止于物体的边界。 如图1-l 所示,在物体内某一点P 处,沿空间某一方向l 的温度的变化率 图1-l 等温线和温度梯度

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