答辩博士：颜建春
指导老师：陈坤杰
论文题目：基于石墨烯加热的小麦干燥热湿传递解析及过程优化
答辩委员会：
主席：
周俊教授/博导 c7娱乐app下载
委员：
沈明霞教授/博导 c7娱乐app下载
李坤权教授/博导 c7娱乐app下载
周国民研究员/博导 农业农村部南京农业机械化研究所
蒋雪松教授/博导 南京林业大学
秘书：
戴芸 c7娱乐app下载
答辩时间：2026年5月29日 14点30分
答辩地点：滨江校区工学楼，B446 会议室
论文简介：
针对传统热风干燥能耗高、效率低的问题，本研究以自主研发的石墨烯板状热源复式加热谷物干燥系统为对象，综合运用CFD数值模拟、多因素试验、热力学与?分析、高斯过程回归（GPR）及强化学习等方法，系统开展了小麦干燥过程的热湿传递机理与优化研究。
研究的主要内容和成果包括：
（1）通过CFD方法对干燥装置内部气流场分布特性进行系统解析：判定管道及风腔为湍流、物料层为过渡流，据此选用Realizable k-?模型和Ergun多孔介质模型，引入压力跃变描述冲孔板阻力。网格无关性检验确定4 mm网格最优；压差预测标准误仅3.95 Pa，验证模型可靠。流场分析表明物料层气流分布均匀，顶部开口进入气流量极小可忽略，为加热与排湿过程解耦分析提供物理基础与简化建模前提。
（2）揭示小麦石墨烯加热干燥瞬态传质机制。多因素试验考察热源温度、排湿气流温度、体积流量及谷物循环速率的影响。基于湿平衡和高频采集，采用GPR构建含水率连续映射；干燥速率先升后降，峰值在30~60 min。突破传统有效水分扩散系数常数假设，建立水分比-传质傅里叶数GPR模型，常用范围相对误差极低。有效水分扩散系数动态变化：常温排湿时持续上升，加热排湿时先增后缓。对流传质系数分析表明，气流体积流量是调控表面传质的最主要因素。
（3）建立了系统的热力学与?分析框架，揭示了干燥过程的能量传递、转换与耗散规律。接触传导热贡献73.7%–84.7%，远红外辐射15.3%–26.3%，与传统非接触红外干燥本质不同。提高排湿气流温度虽加速干燥但显著增加排气热损与?损，为低效策略；优化石墨烯温度与流量可平衡速率与能耗。综合最优静态参数：热源60°C、进气30°C、流量2.4 m?/min、循环8 kg/min，单位热耗3.28 MJ/kg水，累积热效率74.1%，?效率39.26%，较传统热风显著提升。
（4）鉴于干燥系统复杂的非线性、多变量耦合特征，引入数据驱动方法构建基于GPR的状态转移方程。以当前谷物状态和操作变量为输入，下一时刻状态为输出，建立高精度非线性映射。与人工神经网络相比，GPR多步迭代预测稳健性与泛化能力更优，将复杂的辐射-传导-对流耦合传热传质简化为高精度虚拟仿真环境，为过程优化提供可靠基础。
（5）将强化学习引入干燥动态优化，构建柔性演员-评论员（SAC）智能决策框架。GPR状态转移模型封装为仿真环境，基于MDP定义状态/动作空间，设计综合考虑干燥速率、能耗及品质约束的奖励函数。三组奖励权重训练得到三套动态作业轨迹。试验验证预测谷物含水率与温度R?>0.995。三组策略干燥速率5.38×10??、6.13×10??、6.48×10?? kg/(kg·min)，累积热效率80.6%、74.2%、72.0%，单位热耗2975.8、3235.3、3330.2 kJ/kg水。相较于最优静态策略，强化学习实现速率与能耗协同优化。
主要创新点如下：
（1）揭示了石墨烯低温接触干燥以接触传导为主导（占比＞70%）、远红外辐射为辅助的独特传热机制，颠覆了传统高温红外干燥以辐射为主的认知。
（2）构建了基于GPR的时变有效水分扩散系数模型，揭示了其动态演变规律及活化能随水分比降低而升高的能量本质，深化了对复合加热水分迁移机理的理解。
（3）提出了基于GPR的干燥状态转移方程，将复杂的辐射-传导-对流耦合传热传质过程简化为高精度虚拟仿真环境，为动态优化奠定了稳健的模型基础。
（4）建立了“GPR状态转移模型+SAC”强化学习优化框架，在无显式物理先验下自主习得动态调控策略，实现了干燥速率与能耗的协同优化，开辟了智能干燥新路径。
