【上海博迅实业有限公司医疗设备厂干燥箱内温度场和气流场的建模仿真与试验研究】,上海博迅-国际云顶yd4008

研究干燥箱内苜蓿草捆的不同放置方式对其温度场和气流场的影响, 建立干燥箱的三维仿真模型, 运用流体动力学软件对干燥箱体内苜蓿干燥过程中的温度场和气流场进行数值模拟, 分析了在有效干燥时间内长宽高均为10cm的苜蓿草捆竖放、横放、斜放45°与斜放135°情况下干燥箱内气流场变化情况。结果表明, 苜蓿横放时, 速度分布最均匀, 入口风速可以被充分利用, 干燥效果最好。通过实验数据与数值模拟结果的比较, 证明苜蓿草的数值模拟对深入研究干燥箱内部的热空气流动具有重要意义, 为干燥滚筒的设计及热效率的提高提供指导。

引言

苜蓿含有丰富的蛋白质、营养物质以及动物生长发育所需的铁、锰等微量元素, 不仅是牛羊等草食家畜的主要优质饲草, 也是猪、禽、鱼配合饲料中重要的蛋白与维生素补充原料[1,2]。苜蓿因含有大量的粗蛋白质、丰富的碳水化合物和多种维生素及矿物元素, 有“牧草之王”之美誉[3,4]。干燥加工是苜蓿产业精深加工的主要方式之一, 选择合适的苜蓿干燥工艺是保证在苜蓿干燥时提高干燥效率和获得较高干燥品质的基础。因此, 关于苜蓿干燥技术进展的研究对苜蓿产业的发展具有很重要的意义。

苜蓿干燥是一个复杂的强耦合非线性动力系统, 在干燥过程中存在外界的干扰和模型的不确定性, 如何建立有效的干燥模型是苜蓿干燥的重要基础研究内容之一, 也是实现干燥全自动控制、提高干燥质量、减少能量消耗和缩短干燥时间的先决条件。苜蓿干燥的3个外部基本因子为热风温度、空气湿度和热风速度。关于温度和湿度对干燥速度和干燥质量的影响, 国内外已有了较深入的研究。热风速度也是苜蓿干燥的一个重要因子, 正确选用热风速度不仅对干燥速度和干燥质量有较大影响, 而且可使能耗大幅度降低。计算流体动力学 (cfd) 通过建立反映物理问题本质的物理和数学模型, 建立所研究流体的质量方程、动能方程、能量方程及扩散方程等, 建立针对控制方法的数值离散化方法, 用计算机技术求得其数值解, 并用计算机可视化技术呈现流体的速度场。

近年来, 神经网络模型[5]在苜蓿干燥方面已有学者开始应用。应用计算流体动力学模型技术, 可以绘制出苜蓿干燥室内的速度场、温度场和湿度场等, 对于优化苜蓿干燥工程十分重要, 但相关研究进展尚不多见。笔者在苜蓿干燥箱环境建模中引入此方法, 用计算机来模拟干燥箱内气流运动规律, 构建干燥箱循环风速的运动模型, 通过对苜蓿干燥箱温度场与风速场的模拟, 得到了干燥箱体内部流场的详细信息。本文根据所得风速场的均匀性对最佳循环风速做初步的探讨, 以求能为合理制定干燥工艺和设计干燥装置提供参考, 提高我国苜蓿节能干燥装置的科技水平。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验所用材料选自内蒙古农业大学教学农场花蕾期紫花苜蓿, 收获期为 2011 年 7 月, 初始含水率 (湿基) 约70%~75%。试验前, 对收获好的苜蓿进行挑选, 要求粗细、长短和老嫩程度尽量相近;试验时, 取适量紫花苜蓿, 使其至室温, 将紫花苜蓿按照试验要求进行预处理。

1.2 试验装置

试验选用华南理工大学科技实业总厂生产的gz-1型干燥实验装置。该装置是一台箱式干燥器, 在实验台上可进行一定温度和一定空气流量的干燥试验试验。此外, 用球风速仪测量热风流速, 用电子天平测量苜蓿质量。试验在内蒙古农业大学农机实验室进行。