陶向前 張孝德 張 祥

(西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

1 烘干箱結(jié)構(gòu)及工作原理介紹

如圖1所示，熱風(fēng)式枸杞烘干機(jī)是由烘干箱、風(fēng)機(jī)、冷凝器、壓縮機(jī)等部分組成，通過(guò)風(fēng)機(jī)與冷蒸發(fā)器的組合，將烘干室內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱。由于烘干箱的特殊結(jié)構(gòu)，使得烘干室內(nèi)的空氣進(jìn)行循環(huán)，熱風(fēng)在經(jīng)過(guò)枸杞表面的時(shí)候?qū)㈣坭奖砻娴乃謳ё?，此時(shí)，在枸杞內(nèi)部形成濕度梯度差，枸杞內(nèi)部的水分向外擴(kuò)散，擴(kuò)散到枸杞表面的水分又被熱風(fēng)帶走。如此循環(huán)往復(fù)，便可使枸杞內(nèi)部的水分含量降低，從而對(duì)枸杞進(jìn)行制干[1]。

圖1 熱風(fēng)式枸杞烘干機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

烘干室總體呈長(zhǎng)方體，由隔流板將烘干室分為上下2個(gè)部分，上部為熱風(fēng)出口通道，下部為烘干區(qū)。后壁面上半部分布置著一個(gè)矩形出風(fēng)口，后壁面下半部按兩列均勻分布著6個(gè)大小相同的圓形進(jìn)風(fēng)口，烘干室內(nèi)共等距布置了12層枸杞物料托盤。將烘干室結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總見(jiàn)表1。

表1 烘干機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)表

2 烘干室流場(chǎng)計(jì)算模型的建立

對(duì)烘干室進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化首先要對(duì)烘干室內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析，找出烘干室流場(chǎng)分布均勻性較差的部分，從而有針對(duì)性地對(duì)烘干箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文使用SolidWorks軟件對(duì)烘干室進(jìn)行三維建模，將坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在烘干室右后方烘干室底水平面的位置，沿烘干室長(zhǎng)度方向?yàn)閄軸正向，沿烘干室寬度方向?yàn)閅軸正向，沿烘干室高度方向?yàn)閆軸正向。如圖2所示為烘干室三維模型。

圖2 烘干室三維模型

作為專業(yè)的FLUENT前處理軟件，icem具有強(qiáng)大的幾何修復(fù)能力[2]，基于此，本文選用icem對(duì)烘干室流場(chǎng)的三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬的前處理工作，將烘干室三維模型保存成x-t格式導(dǎo)入icem中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格，對(duì)物料層網(wǎng)格選用多孔介質(zhì)模型。如圖3所示，生成的網(wǎng)格模型共有383474個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和2045641個(gè)網(wǎng)格單元。

3 烘干室流場(chǎng)數(shù)值模擬

將網(wǎng)格文件導(dǎo)入FLUENT中進(jìn)行求解，設(shè)置求解器為基于壓力的穩(wěn)態(tài)求解，選用絕對(duì)速度。湍流模型為Standardk-ε。定義材料屬性為air，然后設(shè)置求解器中各邊界條件：入口風(fēng)速為8m/s，湍流強(qiáng)度1.03%，入口溫度80℃；熱風(fēng)出口選用壓力出口，壓力大小為103125Pa。至此，各求解條件已設(shè)置完畢。如圖4所示，為烘干室流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果。

圖3 計(jì)算域網(wǎng)格模型

圖4 烘干室整體氣流分布云圖

觀察烘干室流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果可以得到：(1)烘干室入口及出口處的氣流速度較大；正對(duì)熱風(fēng)入口的物料層附近氣流速度明顯高于其它物料層氣流速度，氣流分布更為集中；沒(méi)有正對(duì)熱風(fēng)入口的物料層氣流分布的均勻性比正對(duì)熱風(fēng)入口的物料層氣流分布的均勻性要好；因此，熱風(fēng)入口位置對(duì)烘干室內(nèi)氣流分布的均勻性有較大影響。(2)位于隔流板上部烘干室回風(fēng)通道處的氣流速度較大且出風(fēng)口附近出現(xiàn)氣流旋渦；烘干室中部氣流強(qiáng)度高，靠近烘干室內(nèi)壁面的氣流強(qiáng)度逐漸減弱。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)熱風(fēng)式枸杞烘干箱內(nèi)氣流分布的分析得出，靠近熱風(fēng)入口處的氣流強(qiáng)度較大，隨著和熱風(fēng)入口距離的增大，烘干室內(nèi)氣流強(qiáng)度逐漸減小，烘干室后部氣流強(qiáng)度最小。和長(zhǎng)度方向氣流分布規(guī)律一樣，烘干室寬度方向也存在氣流分布不均的現(xiàn)象，靠近烘干室左右內(nèi)壁面的氣流強(qiáng)度最小。總體來(lái)看，位于隔流板上方的氣流強(qiáng)度高于隔流板下方氣流強(qiáng)度，隔流板上方回風(fēng)通道末端發(fā)生氣流紊亂現(xiàn)象，左右兩側(cè)存在旋渦死角，這加劇了烘干室內(nèi)氣流分布不均現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而影響枸杞烘干品質(zhì)。針對(duì)這些問(wèn)題，可以通過(guò)一定的優(yōu)化方案來(lái)使得烘干室內(nèi)的氣流組織較為均勻，以保證枸杞均勻烘干，提高品質(zhì)。