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基于EDEM的咖啡烘焙机搅拌叶片参数优化及试验研究

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基于EDEM的咖啡烘焙机搅拌叶片参数优化及试验研究

作者：杨琪福建农林大学

学位级别：硕士

中国的咖啡产业正处于关键的发展时期,咖啡的消费量在我国呈现出日益增长的趋势,当前人们的物质生活水平不断提升,对咖啡风味品质的要求也越来越高。而咖啡豆风味品质的关键在于其烘焙过程,只有经过烘焙,咖啡豆才能产生出咖啡的色、香... 详细信息

中国的咖啡产业正处于关键的发展时期,咖啡的消费量在我国呈现出日益增长的趋势,当前人们的物质生活水平不断提升,对咖啡风味品质的要求也越来越高。而咖啡豆风味品质的关键在于其烘焙过程,只有经过烘焙,咖啡豆才能产生出咖啡的色、香、味。所以为了提高咖啡豆的整体品质,必须保证其烘焙过程中咖啡颗粒分布的均匀程度,以避免个别焦黑或夹生豆的出现影响咖啡的风味。因此,本文对咖啡烘焙机搅拌叶片进行优化设计,使得烘焙过程中咖啡颗粒得分布更加均匀以提高咖啡得整体品质。本论文结合咖啡烘焙机炒桶叶片优化设计项目,查阅国内外专利、文献,依据实际调研数据,结合中国咖啡产业发展的现状,运用EDEM离散元法、农业机械设计方法、响应曲面分析等理论与方法,进行咖啡颗粒的物料特性研究、建立咖啡烘焙桶三维模型以及搅拌叶片优化设计、咖啡颗粒运动学受力分析、EDEM离散元仿真试验分析及样机试验设计研究。主要研究内容及结论如下:(1)咖啡颗粒的物理参数与力学特性测试研究对咖啡颗粒物理参数及力学参数进行试验测定,包括三轴尺寸、千粒重、含水率、堆积密度、真实密度、摩擦系数、碰撞恢复系数等,咖啡颗粒含水率为8.1%、堆积密度为0.49g?cm、真实密度为0.88g?cm、千粒重为209.42g、咖啡颗粒与钢板的静摩擦系数为0.45、咖啡颗粒与钢板碰撞恢复系数为0.68、咖啡颗粒与颗粒碰撞恢复系数为0.26。这些物理参数和力学参数为后续的咖啡烘焙机搅拌叶片优化及离散元仿真建模提供一定的理论依据和参考。(2)咖啡烘焙机烘焙部件结构设计、理论分析与仿真模型的建立对咖啡烘焙机搅拌叶片进行运动学分析与动力学分析、咖啡颗粒运动过程中的受力分析、咖啡烘焙桶转速对咖啡颗粒受力情况的影响分析。根据咖啡颗粒受力分析及运动情况,确定搅拌叶片上叶片与烘焙桶轴心夹角A、搅拌叶片下叶片与烘焙桶轴心夹角B和烘焙桶转速C作为关键参数。通过EDEM软件进行单因素试验确定上述三个参数的优化范围,通过多因素正交试验,确定咖啡烘焙桶转速及其上下叶搅拌叶片角度的最优参数组合,并建立烘焙桶-咖啡颗粒工厂离散元模型。(3)咖啡烘焙机烘焙过程的仿真分析与试验分析为优化咖啡烘焙机搅拌叶片工作性能,利用EDEM软件、Design-Expert软件对影响搅拌叶片烘焙均匀度效果的因素进行单因素和多因素分析,以搅拌均匀度系数作为试验指标,通过响应曲面分析得到上下搅拌叶片及烘焙桶转速最优参数组合,优化结果为:上叶片夹角为28.48°,下叶片夹角为39.74°,转速为57.72rmp,此时咖啡烘焙机搅拌均匀度系数W最小,即0.128。并通过样机试验对比单因素及多因素试验下搅拌均匀效果的变化情况,样机试验结果与仿真试验结果一致,验证表明利用离散元仿真优化咖啡烘焙机搅拌叶片的准确性及可靠性。

关键词：咖啡烘焙机搅拌叶片均匀度 EDEM仿真

基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法

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机械设计 2014年第2期31卷 52-57页

作者：姜涛龙广成王安麟严明同济大学机械与能源工程学院上海201804 扬州中集通华专用车有限公司江苏扬州225009

为了表达混凝土多相介质在搅拌过程与其搅拌叶片间的动力学关系,实现混凝土搅拌叶片结构形态的快速设计,提出基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法。即利用欧拉-欧拉流体动力学方法表达在叶片动边界条件下,混凝土多相介质(石子... 详细信息

为了表达混凝土多相介质在搅拌过程与其搅拌叶片间的动力学关系,实现混凝土搅拌叶片结构形态的快速设计,提出基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法。即利用欧拉-欧拉流体动力学方法表达在叶片动边界条件下,混凝土多相介质(石子、泥浆及水等)的流场分布,再通过数值统计处理方法定量化地评价搅拌叶片的搅拌性能,利用响应面函数构造不同叶片动边界条件下的搅拌性能近似模型,以此快速地获得搅拌叶片的优化形态。此基于多相流理论的混凝土搅拌叶片快速设计方法,降低了设计成本,缩短了设计周期,有效地解决了动边界条件下多相流体模型的大自由度动态设计问题,实现搅拌叶片结构的快速设计。

关键词：多相流搅拌叶片响应面函数多目标优化动态设计

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非等角对数螺旋线搅拌叶片的实验研究

工程设计学报 2008年第1期15卷 46-49页

作者：邢普郭健翔仪垂杰中国农业大学工学院车辆工程系北京100083 青岛理工大学青岛市能源与环境装备工程技术研究中心山东青岛266033

介绍了非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计制造方法.根据相似原理设计了搅拌系统的试验模型,并对其搅拌性能进行实验研究.根据雷诺准则、付鲁德准则和等线速度准则选取不同的搅拌速度,并设计3种不同设计强度的新拌混凝土,与等角对数螺旋线... 详细信息

介绍了非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计制造方法.根据相似原理设计了搅拌系统的试验模型,并对其搅拌性能进行实验研究.根据雷诺准则、付鲁德准则和等线速度准则选取不同的搅拌速度,并设计3种不同设计强度的新拌混凝土,与等角对数螺旋线叶片在宏观搅拌质量和微观搅拌质量方面进行实验对比.实验结果表明,非等角对数螺旋线搅拌叶片具有更为优越的搅拌性能,值得进一步推广.

关键词：非等角对数螺旋线搅拌叶片实验研究

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混凝土搅拌车搅拌叶片新型母线及其应用研究

建筑机械 2007年第2S期27卷 59-61,66页

作者：邢普仪垂杰郭健翔于世旭中国农业大学北京100083 青岛理工大学山东青岛266033

介绍非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计方法,对这种搅拌叶片与传统等角对数螺旋线叶片进行了有限元受力及位移分析的对比,并进行了实际性能的实验对比。验证了新型搅拌叶片的优越性,为搅拌系统进一步的优化设计奠定了基础。

关键词：非等变角对数螺旋线搅拌叶片有限元分析

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搅拌车搅拌叶片快速模具制造

机械设计与制造 2010年第9期 227-229页

作者：邢普赵敬云南昌航空大学航机学院南昌330063 河南机电高等专科学校新乡453002

混凝土搅拌车的搅拌叶片,是一种比较复杂的空间曲面,制造起来比较困难。传统的模具制造成本较高,不适用于新产品的开发和实验研究。提出一种快速的叶片模具制造方法,通过UG软件对叶片进行参数化设计,然后对叶片分段切割,计算截面坐标,... 详细信息

混凝土搅拌车的搅拌叶片,是一种比较复杂的空间曲面,制造起来比较困难。传统的模具制造成本较高,不适用于新产品的开发和实验研究。提出一种快速的叶片模具制造方法,通过UG软件对叶片进行参数化设计,然后对叶片分段切割,计算截面坐标,再按坐标值切割钢板后焊接成模具,压制出叶片。该方法制造方便,成本低廉,特别适用于实验研究场合叶片的制作。

关键词：搅拌叶片快速模具制造参数化设计

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不同搅拌叶片对喷雾干燥钼粉的影响

粉末冶金工业 2020年第2期30卷 69-72页

作者：张晓金堆城钼业股份有限公司技术中心陕西西安710077

采用两种搅拌叶片制备喷雾造粒钼粉,研究了搅拌叶片和搅拌速度对喷雾造粒浆料均匀性及造粒钼粉组织形貌、松装密度、流动性的影响。结果表明,随着搅拌速度的增大,两种叶片制浆均匀性均提高,喷雾干燥钼粉颗粒球化程度提高、表面粗糙度改... 详细信息

采用两种搅拌叶片制备喷雾造粒钼粉,研究了搅拌叶片和搅拌速度对喷雾造粒浆料均匀性及造粒钼粉组织形貌、松装密度、流动性的影响。结果表明,随着搅拌速度的增大,两种叶片制浆均匀性均提高,喷雾干燥钼粉颗粒球化程度提高、表面粗糙度改善、松装密度增大、流动性增快。在本实验条件下,复合叶片制浆后喷雾造粒效果较好,颗粒形貌近球形,具有良好的松装密度和流动性。

关键词：搅拌叶片搅拌速度喷雾造粒松装密度流动性