苜蓿草滾筒干燥設備的優(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,能夠在短時間內達到安全貯藏標準且保留了大部分營養(yǎng)。滾筒干燥機內物料運動方式的基礎上,將四重滾筒干燥設備內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(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)學模型。 在理論和試驗相結合的基礎上,對苜蓿草段的物性進行了研究,獲得了關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備內的干燥過程提供了依據(jù)。通過對滾筒干燥設備結構和物性的研究,提出了關于滾筒干燥設備外壁向外界散熱的數(shù)學模型。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,對苜蓿草段的傳質階段和滾筒的傳熱階段進行計算,得出了苜蓿草段內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的干燥過程分為許多個階段,將每個階段內的連續(xù)方程、能量方程、傳熱傳質方程,編入模擬程序。通過輸入苜蓿草段含水率和滾筒干燥設備的工作參數(shù),計算出苜蓿草段在滾筒干燥設備內的干燥過程和zui終含水率。通過數(shù)值模擬計算出滾筒外壁的熱損失,并分析滾筒干燥設備工作參數(shù)對熱損失的影響。 通過實驗驗證模擬結果的準確性,發(fā)現(xiàn)模擬結果與實驗結果相符,可以采用模擬程序代替試驗對滾筒干燥設備工作參數(shù)進行優(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(shù),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行了分析。 采用FLUENT軟件對四重滾筒干燥設備內的流場進行分析,通過分析氣固兩相流在干燥設備內的作用,進行數(shù)值模擬,獲得干燥設備內的流場分布圖、靜壓分布圖和湍流動能分布圖。對干燥設備內部流場、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面進行結構優(yōu)化,對優(yōu)化后的流場進行數(shù)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流暢,渦流減少,改善了干燥設備性能。