苜蓿草滾筒干燥設(shè)備的優(yōu)化和模擬
苜蓿草因為營養(yǎng)價值高而被廣泛種植,用苜蓿草干燥機干燥,能夠在短時間內(nèi)達到安全貯藏標準且保留了大部分營養(yǎng)。滾筒干燥機內(nèi)物料運動方式的基礎(chǔ)上,將四重滾筒干燥設(shè)備內(nèi)苜蓿草段的運動過程分為升舉和下落兩個部分。通過研究苜蓿草段的物性,計算升舉階段苜蓿草段的最大卸料角度。研究滾筒干燥設(shè)備內(nèi)抄板特性,結(jié)合苜蓿草段的下落角度,分析出苜蓿草段在抄板上的下落規(guī)律。通過對下落過程中的苜蓿草段進行受力分析,計算出滾筒內(nèi)不同位置抄板上苜蓿草段的下落量和下落高度,得出苜蓿草段平均下落高度和下落階段所用時間。通過分析苜蓿草段水平受力,計算出苜蓿草段在每個下落階段的水平前進距離。結(jié)合升舉和下落階段所用時間,獲得苜蓿草段滯留時間的數(shù)學(xué)模型。 在理論和試驗相結(jié)合的基礎(chǔ)上,對苜蓿草段的物性進行了研究,獲得了關(guān)于苜蓿草段水分擴散系數(shù)的回歸方程,為模擬苜蓿草段在滾筒干燥設(shè)備內(nèi)的干燥過程提供了依據(jù)。通過對滾筒干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)和物性的研究,提出了關(guān)于滾筒干燥設(shè)備外壁向外界散熱的數(shù)學(xué)模型。分析了每層滾筒與相鄰滾筒的換熱過程,為模擬每層滾筒內(nèi)苜蓿草段的干燥條件提供了理論依據(jù)。采用有限元的方法,利用MATLAB軟件的PDE工具箱,對苜蓿草段的傳質(zhì)階段和滾筒的傳熱階段進行計算,得出了苜蓿草段內(nèi)部水分擴散方式和干燥機穩(wěn)定工作時滾筒外壁的溫度。 將苜蓿草段在滾筒內(nèi)的干燥過程分為許多個階段,將每個階段內(nèi)的連續(xù)方程、能量方程、傳熱傳質(zhì)方程,編入模擬程序。通過輸入苜蓿草段含水率和滾筒干燥設(shè)備的工作參數(shù),計算出苜蓿草段在滾筒干燥設(shè)備內(nèi)的干燥過程和最終含水率。通過數(shù)值模擬計算出滾筒外壁的熱損失,并分析滾筒干燥設(shè)備工作參數(shù)對熱損失的影響。 通過實驗驗證模擬結(jié)果的準確性,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相符,可以采用模擬程序代替試驗對滾筒干燥設(shè)備工作參數(shù)進行優(yōu)化。以入口氣流溫度、入口氣流速度和滾筒轉(zhuǎn)速作為影響因素,出口苜蓿草段含水率為指標,進行響應(yīng)曲面分析,建立回歸模型,并優(yōu)化滾筒干燥設(shè)備工作參數(shù),得到各因素取值范圍和最優(yōu)值：入口氣流溫度最優(yōu)值359.6℃,入口氣流速度11.8m/s,滾筒轉(zhuǎn)速10. 1r/min。并對各因素對出口苜蓿草段含水率的交互影響進行了分析。 采用FLUENT軟件對四重滾筒干燥設(shè)備內(nèi)的流場進行分析,通過分析氣固兩相流在干燥設(shè)備內(nèi)的作用,進行數(shù)值模擬,獲得干燥設(shè)備內(nèi)的流場分布圖、靜壓分布圖和湍流動能分布圖。對干燥設(shè)備內(nèi)部流場、靜壓場和湍流動能場進行分析,發(fā)現(xiàn)氣流運動方向與壁面所成角度是影響氣流速度的重要因素。對第二重滾筒底部和第三重滾筒迎風(fēng)面進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,對優(yōu)化后的流場進行數(shù)值模擬并加以分析,結(jié)果表明,優(yōu)化后干燥設(shè)備內(nèi)氣流運動流暢,渦流減少,改善了干燥設(shè)備性能。