《Regional Studies in Marine Science》：Improving hybrid solar dryer performance with V-shape perforated blocks at the solar air collector for drying coffee beans
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本研究评估了在太阳能空气集热器（Solar Air Collector, SAC）中集成V型穿孔块对用于咖啡豆干燥的混合型太阳能干燥机性能的增强效果。干燥实验在40、50和60°C条件下分别对光滑集热器和改性集热器进行。结果表明，V型穿孔结构增强了气流湍流与传
本研究评估了在太阳能空气集热器（Solar Air Collector, SAC）中集成V型穿孔块对用于咖啡豆干燥的混合型太阳能干燥机性能的增强效果。干燥实验在40、50和60°C条件下分别对光滑集热器和改性集热器进行。结果表明，V型穿孔结构增强了气流湍流与传热强度，使出口空气温度更高且分布更均匀。改性集热器在60°C条件下的平均干燥速率达2.957±0.147 g/min，相较光滑设计的2.005±0.176 g/min显著提升，干燥时间缩短最高达33%。太阳能集热器热效率由30.47±0.86%提升至54.55±1.00%，整体干燥机效率由13.61±1.17%增至20.57±1.04%。单位能耗降至7.99±0.78 kWh/kg，?效率提高至62.31±1.93%。干燥行为最适配Hii等人模型（R2>0.999）。有效水分扩散系数范围为(7.223±0.198)×10-10至(11.340±0.423)×10-10m2/s，活化能为19.57 kJ/mol。近似分析显示，随温度升高蛋白质与脂肪含量略降，碳水化合物含量升高。总体而言，该改性集热器显著提升了热力学性能与?性能，适用于热带农业节能干燥。
该研究针对印度尼西亚咖啡产业中传统露天晒干法存在的占地面积大、干燥不均、易受环境污染及易霉变等问题，结合太阳能干燥低温优势与机械干燥可控性的需求，提出在混合型太阳能干燥系统中引入辅助热源与结构优化的方案。研究人员以阿拉比卡咖啡豆为对象，开发了一种集成液化石油气（LPG）燃烧器与V型穿孔块太阳能空气集热器（SAC）的混合型干燥系统，旨在提升干燥效率与产品质量稳定性。研究通过实验验证表明，该设计显著改善了集热器热传递性能，缩短干燥周期，降低能耗，并优化了咖啡豆的化学成分保持效果，具有重要的热带农业工程应用价值。论文发表于《Regional Studies in Marine Science》。
在研究方法上，研究人员选取印度尼西亚中爪哇省登巴朗地区阿拉比卡咖啡樱桃为原料，采用湿法预处理后，分别在40、50和60°C条件下对光滑板与V型穿孔块集热器进行干燥实验。实验在2025年9月至10月期间于迪波内戈罗大学化学工程系进行，每日09:00至15:00记录环境参数。研究结合热效率、?效率、干燥动力学模型拟合、有效水分扩散系数计算及近似成分分析等方法，系统评价改性系统的性能差异。
研究背景与问题
印度尼西亚是世界第四大咖啡生产国，咖啡产业对国家经济贡献显著。然而，传统露天晒干法存在诸多不足，包括受天气波动影响大、干燥周期长、易受污染与微生物侵染等。虽然太阳能干燥技术被提出作为替代方案，但普通平板式太阳能空气集热器（SAC）因空气热容低、传热受限导致热损失大，效率不稳定。此外，单纯依赖太阳能的系统难以实现精确温控与连续运行。为此，混合型干燥系统结合辅助热源成为解决方向，但现有研究对集热器结构优化与实际干燥应用的结合仍较有限。
V型穿孔块的设计优势
已有研究表明，V型肋片可显著提高SAC的传热性能，但多为实心结构，易造成压降增大与局部回流。研究人员提出的V型穿孔块允许部分气流穿过孔口形成微射流，增强二次流结构与混合强度，更有效地破坏热边界层，从而实现更均匀的温度分布。
实验结果与发现
改性集热器在三种温度下均表现出更高的出口气温与更均匀的干燥室温度场。60°C条件下，平均干燥速率提升至2.957±0.147 g/min，相较光滑集热器提升近47%，干燥时间最多缩短33%。热效率从30.47±0.86%提升至54.55±1.00%，整体干燥机效率由13.61±1.17%升至20.57±1.04%。单位能耗降至7.99±0.78 kWh/kg，?效率提升至62.31±1.93%。干燥曲线最符合Hii等人的经验模型（R2>0.999），有效水分扩散系数在(7.223±0.198)×10-10至(11.340±0.423)×10-10m2/s范围内，活化能为19.57 kJ/mol。近似分析显示，高温干燥略微降低了蛋白质和脂肪含量，但提高了碳水化合物比例。
结论与意义
本研究证实，在SAC中引入V型穿孔块可显著提升混合型太阳能干燥机的性能，兼顾高效与低温干燥的优势，减少能耗并改善产品品质。该方法适用于热带地区农业产品的节能干燥，为咖啡加工产业提供了可推广的技术方案。研究结果同时填补了集热器结构优化在实际干燥系统中应用的研究空白，为后续工程放大与工艺控制奠定了理论基础。
