基于能量和水分源项的改进Luikov分布参数模型在油菜籽热风干燥中的模拟与应用

针对油菜籽干燥过程中传热传质不均匀导致品质下降的问题，研究人员通过改进传统Luikov分布参数模型(DPM)，引入瞬态能量/水分源项及Clausius-Clapeyron方程，构建了能精确模拟静态热风干燥过程的预测模型。实验验证该模型模拟精度较传统DPM提升5%，R2 达97%，为优化干燥工艺、降低能耗提供了新工具。

　　

油菜籽作为全球重要的油料作物，其高含油量和营养价值备受关注。然而，收获时的高含水量（通常超过安全储存阈值7-8%干基）使得干燥成为加工关键环节。传统干燥过程中，温度与湿度分布不均常导致种子品质下降、能耗增加。尽管静态床和流化床干燥器被广泛应用，但固定床系统因缺乏颗粒运动易产生干燥不均匀现象。现有数学模型如Luikov分布参数模型(Distributed Parameter Model, DPM)虽能模拟毛细多孔介质中的传热传质，却忽略了瞬态源项对内部水分动态的影响，尤其对油菜籽等高油含量种子的热质传递机制刻画不足。

为突破这一局限，加拿大莱斯布里奇理工学院与阿尔及利亚Khemis Miliana大学的研究团队合作，在《Journal of Stored Products Research》发表研究，通过改良Luikov模型，首次将基于Clausius-Clapeyron方程的微分吸附热计算纳入DPM框架，构建了能更准确反映油菜籽干燥动力学的预测模型。

研究采用三因素实验设计（干燥温度40/50/60°C，初始含水量11%/16%/21%干基），在静态热风干燥器中监测温湿度变化。关键技术包括：1）DHT22传感器实时采集进出口空气温度；2）改进的Luikov模型整合瞬态能量/水分源项；3）通过Clausius-Clapeyron方程量化吸附热对传热的影响。阿尔及利亚Chellif地区种植的Zitna品种油菜籽作为实验样本，经人工清理后分两组采集（5月高含水量样本与6月常规样本）。

Material部分
实验选用阿尔及利亚Djendel地区种植的油菜籽，通过混合不同收获期样本确保含水量梯度，为模型验证提供多样化数据基础。

Rapeseed experimental results部分
温度监测显示干燥腔出口空气温度较入口低2-5°C，证实热量被潮湿种子吸收。60°C条件下干燥速率最快，模型模拟结果与实验数据高度吻合，R²
达97%，较传统DPM精度提升5%。

Conclusions部分
改进模型成功捕捉温度与水分梯度的动态交互，证实60°C为最优干燥温度。通过整合Clausius-Clapeyron方程，模型更精确地描述了吸附热对传热过程的影响，为优化干燥工艺提供理论依据。

该研究的创新性在于首次将微分吸附热动力学融入DPM框架，突破了传统模型对瞬态过程的简化假设。模型预测精度的提升（R²
从92%提高到97%）不仅验证了源项修正的必要性，更为农产品加工领域提供了可推广的建模方法。研究结果对降低油菜籽产后损失（目前全球约20%的油料作物因储存不当报废）、减少干燥能耗（占加工总能耗15-25%）具有显著实践价值。团队建议后续研究可扩展至微波-热风联合干燥等新型系统，进一步验证模型的普适性。