便携式太阳能苹果片干燥机的实验性干燥特性：在连续性测试中的表现

《Scientific African》：Experimental drying characteristics of a portable solar dryer for apple slices in consecutive and continuous tests

便携式太阳能烘干器在连续和分段干燥测试中有效延长苹果片保质期，评估了太阳能辐射、湿度、风速等环境参数对干燥动力学的影响。最佳干燥模型为Page方程，有效水分扩散率范围为1.68-1.89×10-10 m2/s，特定能耗为8.31-15.10 kWh/kg，干果复水比3.10-3.31，收缩率41.36-43.2%。

　　苹果作为一种广泛种植和消费的水果，其高水分含量使其在储存和运输过程中极易发生腐烂和变质，从而影响其品质和经济价值。因此，有效延长苹果片的保质期对于提高农业生产的可持续性和农民收入至关重要。本文研究了一种便携式太阳能干燥器在晴天和阴天条件下的性能表现，以期为离网地区的农民提供一种经济、环保且高效的干燥解决方案。通过三次8小时连续干燥试验和一次32小时持续干燥试验，研究者评估了干燥器的性能，并分析了影响干燥过程的关键参数。

太阳能干燥技术是一种利用太阳辐射进行食物干燥的方法，其优点在于无需外部能源供应，且具有环保特性。然而，在实际应用中，传统的开放式太阳能干燥方法存在诸多局限，例如需要大量人力操作、难以应对不利天气、干燥过程中容易受到污染等。因此，开发一种便携式太阳能干燥器，不仅能够解决这些实际问题，还能在保持食品质量的同时有效降低干燥时间。本文所设计的干燥器具有轻便、易携带和低成本的特点，采用本地可得的材料，使其在资源有限的农村地区更具适用性。

研究过程中，研究人员采用了多种评估方法，包括对干燥过程中相对湿度、温度、风速等参数的监测，以及对干燥效率和能量消耗的计算。在8小时连续干燥试验中，干燥器的顶部托盘表现出最低的最终水分比，约为0.0572，且干燥时间大约为10小时。相对湿度在干燥过程中呈现出一定的波动，最高可达约73%，而最低则降至约16%。这表明在干燥过程中，水分的蒸发和去除受到太阳辐射强度和环境条件的影响。同时，干燥速率在试验过程中也呈现出一定的变化，最高达到0.066 kg/h，最低为0.050 kg/h。这些数据表明，干燥器在不同试验中表现稳定，但受天气影响较大。

在32小时的持续干燥试验中，研究者观察到太阳能干燥器的性能与环境条件密切相关。白天的太阳辐射强度和温度显著高于夜间，导致干燥过程中出现明显的热能变化。尽管干燥器在白天能够保持较高的干燥效率，但夜间温度下降，使得干燥速率有所减缓。最终，干燥器的顶部托盘表现出最低的水分比，分别为0.1029、0.0971和0.0857，而太阳能干燥器的特定能量消耗（SEC）分别为10.30、10.86和11.38 kWh/kg。这些结果表明，干燥器在长时间干燥过程中仍能保持较高的干燥效率，但其性能受到天气条件的显著影响。

在数学建模方面，研究者采用了多种模型来预测苹果片的干燥行为，其中Page模型表现出最佳的拟合效果，其平均R2值达到0.9985，表明该模型能够准确描述干燥过程中的水分变化趋势。其他模型如Modified Page、Two-term和Verma et al.模型也表现出良好的拟合度，但Page模型在预测水分比方面更为精确。这表明，Page模型可以作为干燥过程中的主要预测工具，有助于优化干燥条件和提高干燥效率。

有效水分扩散系数（D_eff）是评估干燥过程的一个重要参数，其值在三次8小时试验中分别为1.89×10^?10、1.68×10^?10和1.78×10^?10 m²/s。这些数值表明，干燥过程中水分的扩散速度受到温度和太阳辐射强度的影响。在32小时的持续干燥试验中，有效水分扩散系数的数值略有变化，但整体趋势与8小时试验相似。这表明，太阳能干燥器在长时间干燥过程中能够保持相对稳定的水分扩散性能，但其效率仍需进一步优化。

在质量评估方面，研究者关注了干燥后的苹果片的回吸比（RR）和收缩率。回吸比的数值分别为3.10、3.25和3.31，表明干燥后的苹果片能够有效地吸收水分，从而保持其一定的水分含量。收缩率则分别为43.2%、42.64%和41.36%，表明干燥过程会导致苹果片体积和重量的显著减少。这些结果表明，干燥过程对苹果片的物理特性产生了影响，但整体上仍能保持其基本结构和营养价值。

此外，研究者还探讨了太阳能干燥器在实际应用中的挑战和改进方向。尽管太阳能干燥器在晴天条件下表现出较高的干燥效率，但在阴天或夜间，其性能会受到太阳辐射强度下降的影响。因此，未来的研究可以考虑在干燥器中加入保温材料或热能储存装置，以减少夜间温度下降对干燥过程的影响。同时，研究者还建议对干燥器进行进一步的优化，以提高其干燥效率和适用性。

总之，本文的研究为便携式太阳能干燥器在农业食品干燥中的应用提供了重要的数据支持和理论依据。通过实验和建模分析，研究者展示了该干燥器在不同天气条件下的性能表现，并提出了改进方向。这一成果对于提高食品保存质量、减少产后损失和促进农村经济发展具有重要意义。