黃敏鳳，薛東曉，張鵬飛,，程 春，奚小波，張劍鋒，陳 博

（1.揚州大學機械工程學院，江蘇 揚州 225100；2.江蘇豐尚智能科技有限公司，江蘇 揚州 225100）

0 引言

目前，帶式烘干機通常可按照氣流與飼料的接觸方式，分為對流型和傳導型兩類。但傳導型帶式烘干機傳熱效率低且難清洗，工業(yè)生產中應用較少[1]。料層厚度是影響烘干機內部氣流分布的重要參數，料層厚度選擇不合理會導致烘干機內流場分布不均勻，而烘干機內流場分布又會造成飼料產品的含水率不均勻，進而影響產品品質[2]。因此，研究不同料層下的烘干機內部流場分布特性，明確使料層表面風速分布最為均勻的料層厚度，可優(yōu)化烘干工藝參數，提高飼料品質。

計算流體力學（CFD）是研究烘干機內部流場的常見方法。肖瑤等[3]利用 Fluent 軟件對油菜旋風式烘干機主要工作部件干燥筒的氣力流場進行仿真分析，結果表明：當入口截面積一定時，速度越大，干燥筒內氣流場分布更有利于物料烘干；對出口流場進行模擬和實測驗證試驗，其流場變化趨勢基本一致，同一點位的流速模擬值與實測值的平均誤差為6.58%。張航等[4]利用Fluent軟件模擬了料層厚度、風速、溫度和氣流比濕度對烘干機內的物料含水率和氣流分布均勻性的影響。結果顯示：料層厚度對氣流分布的影響最大，風速其次，溫度和氣流比濕度影響最小。

1 四層帶式烘干機工作原理

四層帶式烘干機的工作原理是濕的飼料被均勻地攤布在四層物料層上，冷空氣從進風口進入烘干機；在循環(huán)風機的帶動下，冷空氣經過換熱器并被加熱；然后經由左側風道進入烘干室，熱空氣分三路穿透四層物料層，一部分熱空氣向上穿透第1、4層飼料，一部分向下穿透第2、3層飼料，過程中與飼料發(fā)生熱交換，熱空氣變冷并帶走飼料中的水分；最后由右側風道，一部分從出風口排出，另一部分再次進入循環(huán)，同時新鮮空氣從進風口進入，從而保持烘干機內空氣總量不變，如圖1 所示（圖中空心箭頭表示冷空氣的流向，實心箭頭表示熱空氣的流向）。

圖1 烘干機工作原理

2 CFD仿真過程

為了方便模擬，通過大量的預模擬驗證，做出如下假設：1）模擬過程，烘干機內部氣流穩(wěn)定且總量保持不變；2）模擬過程，因文本研究重點料層厚度對四層帶式烘干機內部氣流場分布的影響，故不考慮溫度變化，且烘干機內外部不發(fā)生熱交換；3）模擬過程，進入烘干機內部氣流的湍流黏度各向同性。

模擬時，選用工程常用的標準k-ε 方程。循環(huán)風機被設置為壓強條件，根據風機性能曲線可知，當循環(huán)風機頻率為30 Hz時，對應的壓強差為800 Pa。進風口設置為壓強條件，值為一個大氣壓。將出風口設置為速度條件，根據測量可知，其值為9.6 m/s。料層設置為均勻多孔介質。選取的水產飼料樣品的等效直徑（Dd）為3 mm、孔隙率（φ）為0.4。滲透率和慣性阻力系數可以通過方程（1）和（2）計算得到[5]：

式中，Dd是飼料顆粒的等效直徑；φ 是孔隙度。

經過計算可得，該種水產飼料的滲透率（1/α）為5.859×10-8m-2、慣性阻力系數為（C2）為8 750 m-1。

3 結果與討論

3.1 料層厚度為20 mm

當料層厚度為20 mm 時，四個飼料層上表面的風速云圖如圖2所示。其中，第1、4層表面的風速云圖代表的是氣流穿透飼料層之后，料層表面的風速分布，第2、3層表面的風速云圖代表的是氣流穿透飼料層之前，料層表面的風速分布。由圖2 可知，當料層厚度為20 mm 時，第1 層飼料表面風速的最大值為0.36 m/s；第2 層飼料表面風速的最大值為5.04 m/s；第3層飼料表面風速的最大值為3.00 m/s；第4層飼料表面風速的最大值為0.40 m/s。也就是說，第1、4層飼料表面的風速最大值小于第2、3 層表面的風速最大值；且第1 層表面風速分布最為均勻，第4 層次之，第2、3 層表面分布較為不均勻。

圖2 料層厚度為20 mm 時

3.2 料層厚度為30 mm

圖3 是料層厚度為30 mm 時，四個飼料層上表面的風速云圖?？芍?，當料層厚度為30 mm 時，第1 層飼料表面風速的最大值為0.36 m/s；第2 層飼料表面風速的最大值為4.80 m/s；第3層飼料表面風速的最大值為2.44 m/s；第4層飼料表面風速的最大值為0.40 m/s。也就是說，第1、4層飼料表面風速的最大值小于第2、3 層表面風速的最大值；且第1 層表面風速分布最為均勻，第4 層次之，第2、3 層表面分布較為不均勻。

圖3 料層厚度為30 mm 時

3.3 料層厚度為40 mm

當料層厚度為40 mm 時，四個飼料層上表面的風速云圖，如圖4 所示?？芍?，當料層厚度為40 mm 時，第1 層飼料表面風速的最大值為0.36 m/s；第2層飼料表面風速的最大值為4.49 m/s；第3層飼料表面風速的最大值為2.04 m/s；第4層飼料表面風速的最大值為0.43 m/s。也就是說，第1、4 層飼料表面風速的最大值小于第2、3 層表面風速的最大值；且第1 層表面風速分布最為均勻，第4 層次之，第2、3層表面分布較為不均勻。

圖4 料層厚度為40 mm 時

4 結論

綜上討論可知，隨著料層厚度的增加，四個料層表面的氣流速度值均降低。這是因為料層厚度越大，對于同一種飼料而言，其堆疊的層數就越多，氣流穿透料層受到的阻力也就越大；當氣流穿透料層后其速度會顯著降低，這是因為飼料層上鋪的飼料為多孔結構，氣流在穿透料層的過程中受到阻力，導致速度降低；而氣流穿透料層后，料層表面的氣流分布變得更加均勻，這是因為氣流從左側風道進入烘干室時，遇到料層的阻力，容易在穿透料層前在烘干室內形成紊流，導致穿透前飼料層表面氣流速度分布不均勻。