油莎豆混流式烘干塔设计与试验研究

作     者：牛潇潇 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李赫

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：油莎豆 混流式烘干塔 EDEM-FLUENT耦合 DDPM 角状盒 

摘      要：油莎豆是集粮、油、牧、饲于一体的新型油料经济作物,有望成为替代进口大豆的优质资源,解决长期困扰国家粮油安全的卡脖子难题。收获后的油莎豆干燥是油莎豆生产全程机械化的关键环节之一。目前主要采用的自然晾晒方法已无法满足油莎豆规模化生产和品质要求,亟需研制一款油莎豆专用的干燥装备。本文基于传统混流式谷物烘干塔,采用CAE技术对烘干塔的关键部件进行仿真优化设计,解决了油莎豆在循环排粮系统中堵塞、受热不均匀的问题;此外,本文还研究热风温度对油莎豆干燥品质的影响。主要研究内容如下:(1)油莎豆混流式烘干塔整机设计。本文对天然气燃烧机、风机进行计算选型,对干燥系统、提升装置进行参数设计;其次,本文运用离散元法对油莎豆在叶轮式排料装置、螺旋输送机中的运动过程进行模拟仿真,根据仿真结果进行台架试验。得到叶轮式排料装置的最佳组合参数:叶片宽度为78mm,排料间隙为118mm,排料口宽度为335mm;得到螺旋输送机的最佳组合参数:螺旋输送机外径为250mm,螺旋输送机转速为80r/min。解决了油莎豆在循环排料装置中堵塞、排料不均匀的问题。(2)基于EDEM-FLUENT耦合的干燥室优化设计。本文利用ICEM对Solidworks建立的干燥室实体模型进行结构化网格划分,运用EDEM-FLUENT耦合方法,选取DDPM模型,利用SST K-omega湍流方程、Hertz-Mindlin(no slip)接触力学方程和Ranz&Marshall传热方程,对烘干塔干燥室的温度场、风速场及油莎豆颗粒的运动、受热情况进行双向耦合模拟,对烘干塔干燥室角状盒的空间布置进行优化。分析仿真结果得到:当角状盒水平间距310mm时,会出现油莎豆与热风接触时间短、流场不均匀、进气端下方存在干燥死角的现象。选取310mm作为油莎豆烘干塔角状盒的水平间距。解决了油莎豆在干燥室内存在堵塞、受热不均匀的问题。(3)热风温度对油莎豆干燥品质的影响。本文使用油莎豆混流式烘干塔进行烘干试验。分别采用温度为45℃,50℃,55℃,60℃,65℃,70℃,75℃的热风对油莎豆进行烘干,以含水率、干燥时间、硬度、复水比、脂肪含量、蛋白质含量、灰分含量等指标评价油莎豆烘干品质。结果表明,当热风温度等于65℃时,烘干时间短(15.5h)、硬度低(151.23N)、复水性能良好(1.31)、脂肪含量高(19.5%)、蛋白质含量高(10.7%)、灰分含量低(1.75%),因此选取65℃作为油莎豆混流式烘干塔的热风温度。(4)样机试验研究。本文对油莎豆混流式烘干塔进行样机试验。测试油莎豆的干燥特性可知,油莎豆在烘干塔内的干燥过程主要为降速过程,油莎豆的干燥速率随着含水率的减少而逐渐降低。其次,油莎豆干燥不均匀度小于2%,油莎豆破碎率增加值小于0.5%,油莎豆色泽正常,满足国家标准。最后,油莎豆的干燥初始质量为7.8t,初始含水量为46.3%,降水幅度为30.8%,单位热耗量为986.76kcal/kg,满足设计要求。