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粮食安全作为一个全球性问题由来已久,其受关注程度逐渐扩大。世界粮食安全形势正面临传统和非传统的多种挑战,每年收获的粮食因干燥不当造成的损失就高达5%,减少粮食在干燥储藏过程中的损耗是确保国家粮食安全的重要举措。干燥行业涉及国民经济的广泛领域,是我国的耗能大户,干燥过程中产生的污染是我国环境污染的重要原因之一。掌握粮食干燥过程中的热质传递规律,研究清洁高效的粮食干燥装置,对确保我国粮食安全提高我国粮食干燥技术水平并实现节能降耗有着重要意义。太阳能是清洁可再生的能源,热泵有重大节能潜力,它是唯一能将废热提高到可利用水平的热回收系统,利用太阳能／热泵联合系统进行粮食干燥对粮食干燥的节能降耗有积极意义。本文根据相似理论搭建了太阳能／热泵联合干燥系统实验台,研究干燥过程中系统的COP (Coefficient of Performance)及相比于其它干燥方式的优势。本文采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法对太阳能／热泵联合干燥系统进行了研究。粮食中的水分是通过蒸发作用除去的,粮食能否干燥就取决于粮食水分产生的蒸汽压与空气中水蒸气产生的蒸汽压的差值。粮食的干燥过程实质上是多孔介质热湿传递的过程,本文在充分分析了吸湿性多孔介质传热传质的特性的基础上,根据多孔介质热质传递理论、动量守恒理论、谷物吸湿解吸湿原理建立了描述吸湿性多孔介质热湿传递和流动的偏微分控制方程。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的方法,对小麦应用太阳能／热泵联合干燥系统干燥就仓干燥过程中的热湿传递规律进行模拟研究。小麦干燥过程是热质耦合的过程,CFD模拟中要考虑小麦干燥或吸湿过程中的相变潜热,以及水分变化给空气绝对湿度带来的变化,这需要通过在控制方程中附加源项来实现,因此文中给出了能量源项、质量源项及实现空气通过小麦床层时的动量损失所需的动量源项的计算方法,并利用用户自定义程序UDF (User Defined Function)将它们加入模拟过程中,以实现随着小麦水分的不断变化热质传递情形的不断变化。由于粮食的干燥情况(粮堆内部的热湿传递)直接受送入的干燥空气的温度和绝对湿度的影响,且本文的模拟是以太阳能／热泵联合干燥系统为原型,送风温度、空气的绝对湿度都是随着外界的气象条件和机组的运行模式而不断变化的。同时仓内粮食的干燥情况也会受到外部环境的影响如外部气温、太阳辐射,本文用综合温度的概念来考虑外界环境的综合影响,且它也是在随时间不断变化的。为了模拟更加准确需要将这些参数随时间变化的性质反映在模拟过程中,本文采用了瞬态边界条件的方式来进行处理,有效的解决了复杂条件下吸湿性多孔介质内部热湿传递问题,这也是本文的独特之处。依据流动和热力相似原理,设计和建立太阳能／热泵联合干燥系统,实验研究了系统内部粮食的干燥特征。实验结果显示干燥进行135h可达到安全水分13.6%(干基),干燥进行过程中热泵单独运行时的平均COP为3.05，整个太阳能／热泵联合干燥系统在干燥过程中的平均COP为6.18,而传统热风干燥的COP约为1.1,所以太阳能／热泵联合干燥系统较传统热风干燥和热泵干燥能耗最低,优势明显。模拟结果显示采用了瞬态边界条件的送风温度、空气绝对湿度、室外综合温度都很好的反应在了模拟过程中,也就使本文的模拟更接近实际情况也更准确。本文模拟直观的展现了小麦干燥过程中热质耦合传递的现象,结果显示150h后小麦达到安全水分13.6%(干基),与实验结果135h相差不大且模拟温度与实验温度吻合较好,说明本文给出的描述吸湿性多孔介质热质传递的数学模型和在CFD模拟中实现热质传递的源项是合理的。模拟结果还显示小麦干燥呈分层现象且底层过干,实际工程中也是如此,这可通过增加干燥空气绝对湿度或使用翻粮设备的方式改进。可见CFD方法可以很好的指导干燥工程实践,最后用CFD方法模拟了某国家粮食储备库圆筒仓内小麦应用太阳能／热泵联合系统干燥的热质传递情形。