基于CFD方法的热泵-热风油莎豆干燥机的设计与试验

作     者：赵慧艳 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄东岩

授予年度：2023年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：油莎豆 干燥机 CFD 热风 干燥效率 

摘      要：在油莎豆收获后处理过程中,干燥是油莎豆干豆加工的重要工序,直接影响油莎豆干豆品质。现阶段,油莎豆干燥机主要依靠油茶籽、花生、核桃等干燥机为依托进行研究,鲜有针对油莎豆干燥特性进行相关研究。油莎豆干燥机主要加工方向为商品豆加工及种豆加工,种豆加工工艺更为复杂,主要以网带式热风干燥机为主,通过干燥机内部网带结构实现对干燥物的运输与翻转作用,但因热风入口布置问题,热风进入干燥机内部后分布不均匀,致使油莎豆干燥时间长、能耗大、干燥均匀度低,尤其在种豆干燥生产过程中,种豆发芽率低,均匀性低,储存过程易霉变。针对以上问题,本文设计了一种基于CFD方法的热泵-热风油莎豆干燥机,利用热风机配合送风机构实现对油莎豆的干燥作用,通过热风系统、托盘、风扇配合方式提高干燥效率,通过搭建油莎豆干燥程度与时间的关系模型确定油莎豆干燥机的工艺情况,满足提高油莎豆干燥效率及干燥品质的作业要求。本文主要研究内容如下:(1)对油莎豆“吉莎一号进行了物理特性研究,其中包括其外形几何尺寸、密度及容积密度,确定了其气孔率,为仿真试验提供了数据基础;进一步对油莎豆干燥特性进行了研究,确定了油莎豆在干燥过程中的干燥要求,标定了本文对油莎豆水分检测方法,并针对油莎豆干燥过程中的油莎豆干燥程度与时间关系模型研究的前提条件——油莎豆真空干燥特性进行了研究。(2)对热泵-热风油莎豆干燥机进行了结构设计,确定其总体结构及工作原理,并依次对其干燥托盘、热风送风机构、热风机及其他部件进行了设计与选型,对各部件结构要求进行了设计分析,确定了各部件结构参数。(3)由于热泵-热风油莎豆干燥机的关键部件结构复杂,热风损失、热量分布等情况需要进行确定,并对其关键部件配合参数进行确定,本文采用CFD仿真分析方法,利用多种软件结合方式,确定热风系统结构合理性;通过Box-Behnken试验方法确定油莎豆干燥托盘、热风系统出风口、风机的配合方式,避免堆积状态下的油莎豆热量集中问题;通过对油莎豆进行多孔介质设置,确定油莎豆整机干燥模型的有效性。(4)针对上述结果进行热泵-热风油莎豆干燥机结构设计,确定其具体参数结构,验证结构合理性,确定了仿真试验的有效性,并进行其干燥工艺参数试验,进行了三元二次回归正交旋转组合优化试验设计,确定油莎豆干燥机的干燥温度、物料厚度、风速的最优组合结果,确定选取温度为40℃,风速为0.75倍,物料厚度为53mm,此时干燥时长为16.92 h,干燥均匀度为0.704,发芽率为64.36%,并对结果进行验证,确定了模型的有效性。在对其有限元分析的基础上结合油莎豆真空干燥特性确定油莎豆干燥程度与时间关系模型的建立。在此基础上针对油莎豆干燥程度与时间关系模型进行验证,验证模型参数的有效性,确定油莎豆整机干燥过程中的干燥效率。本文的研究内容可为油莎豆大型带式干燥机改进提供思路,为油莎豆干燥方向理论研究提供研究手段。