苜蓿草滾筒干燥設備的優(yōu)化和模擬
苜蓿草因為營(yíng)養價(jià)值高而被廣泛種植,用苜蓿草干燥機干燥,能夠在短時(shí)間內達到安全貯藏標準且保留了大部分營(yíng)養。滾筒干燥機內物料運動(dòng)方式的基礎上,將四重滾筒干燥設備內苜蓿草段的運動(dòng)過(guò)程分為升舉和下落兩個(gè)部分。通過(guò)研究苜蓿草段的物性,計算升舉階段苜蓿草段的zui大卸料角度。研究滾筒干燥設備內抄板特性,結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律。通過(guò)對下落過(guò)程中的苜蓿草段進(jìn)行受力分析,計算出滾筒內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(shí)間。通過(guò)分析苜蓿草段水平受力,計算出苜蓿草段在每個(gè)下落階段的水平前進(jìn)距離。結合升舉和下落階段所用時(shí)間,獲得苜蓿草段滯留時(shí)間的數學(xué)模型。 在理論和試驗相結合的基礎上,對苜蓿草段的物性進(jìn)行了研究,獲得了關(guān)于苜蓿草段水分擴散系數的回歸方程,為模擬苜蓿草段在滾筒干燥設備內的干燥過(guò)程提供了依據。通過(guò)對滾筒干燥設備結構和物性的研究,提出了關(guān)于滾筒干燥設備外壁向外界散熱的數學(xué)模型。分析了每層滾筒與相鄰滾筒的換熱過(guò)程,為模擬每層滾筒內苜蓿草段的干燥條件提供了理論依據。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(jìn)行計算,得出了苜蓿草段內部水分擴散方式和干燥機穩定工作時(shí)滾筒外壁的溫度。 將苜蓿草段在滾筒內的干燥過(guò)程分為許多個(gè)階段,將每個(gè)階段內的連續方程、能量方程、傳熱傳質(zhì)方程,編入模擬程序。通過(guò)輸入苜蓿草段含水率和滾筒干燥設備的工作參數,計算出苜蓿草段在滾筒干燥設備內的干燥過(guò)程和zui終含水率。通過(guò)數值模擬計算出滾筒外壁的熱損失,并分析滾筒干燥設備工作參數對熱損失的影響。 通過(guò)實(shí)驗驗證模擬結果的準確性,發(fā)現模擬結果與實(shí)驗結果相符,可以采用模擬程序代替試驗對滾筒干燥設備工作參數進(jìn)行優(yōu)化。以入口氣流溫度、入口氣流速度和滾筒轉速作為影響因素,出口苜蓿草段含水率為指標,進(jìn)行響應曲面分析,建立回歸模型,并優(yōu)化滾筒干燥設備工作參數,得到各因素取值范圍和*值：入口氣流溫度*值359.6℃,入口氣流速度11.8m/s,滾筒轉速10. 1r/min。并對各因素對出口苜蓿草段含水率的交互影響進(jìn)行了分析。 采用FLUENT軟件對四重滾筒干燥設備內的流場(chǎng)進(jìn)行分析,通過(guò)分析氣固兩相流在干燥設備內的作用,進(jìn)行數值模擬,獲得干燥設備內的流場(chǎng)分布圖、靜壓分布圖和湍流動(dòng)能分布圖。對干燥設備內部流場(chǎng)、靜壓場(chǎng)和湍流動(dòng)能場(chǎng)進(jìn)行分析,發(fā)現氣流運動(dòng)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(jìn)行結構優(yōu)化,對優(yōu)化后的流場(chǎng)進(jìn)行數值模擬并加以分析,結果表明,優(yōu)化后干燥設備內氣流運動(dòng)流暢,渦流減少,改善了干燥設備性能。