李亭亭 ,李金梅，王志丹，翟雪靜

（山東凱斯達機械制造有限公司，山東 濟寧 272000）

在浸出工藝中平板烘干機[1]對豆坯的干燥有舉足輕重的地位，它因物料受熱均勻、破碎率低、干燥時間短等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于食用植物油加工以及糧食貯藏與加工過程中的物料干燥。通過平板烘干機加熱板的加熱作用,油料中的水分經(jīng)過液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)的相變，使物料達到干燥目的，避免油料在貯存期間的發(fā)霉和發(fā)熱生芽。

平板烘干機的加熱盤決定著設(shè)備的烘干效果[2]，其結(jié)構(gòu)在設(shè)計中起著至關(guān)重要的作用，舊式平板烘干機的加熱盤大多采用角鋼焊接，因角鋼焊接時會產(chǎn)生局部高溫導(dǎo)致加熱盤形變，影響胚料的均勻受熱，使胚料與加熱盤表面的接觸不均衡，導(dǎo)致部分物料吸收熱量少，水分難以蒸發(fā)，影響胚料整體烘干的效果?，F(xiàn)改進的加熱盤采用沖壓夾套點焊和加熱盤上板的方式,沖壓夾套采用專用設(shè)備沖壓整塊鋼板形成若干個波浪形夾套，波浪形夾套分別焊接于加熱盤上板下，新型加熱盤下部通入水蒸氣后，使上部加熱底板受熱均勻，能夠更好地提高胚料的溫度，換熱面積大且焊接量小，也減少了因焊接部位集中造成的平板烘干機加熱盤變形過大問題。在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用基于Solidworks仿真軟件的流體分析，用分析結(jié)果和數(shù)據(jù)驗證設(shè)計的合理性,通過仿真云圖，更加直觀地反應(yīng)熱傳遞的效果。

1 加熱盤結(jié)構(gòu)對比

1.1 舊式加熱盤

舊式加熱盤[3]整體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1。角鋼汽道如圖所示焊接在加熱底板上，角鋼汽道與槽鋼一面打通，底夾層a口通入溫度為168℃飽和水蒸汽，水蒸汽穿梭在各個角鋼的型腔里，通過熱對流，熱傳導(dǎo)及熱輻射的形式將熱量傳遞給物料，達到烘干物料的目的，加熱盤里冷卻后的液體由b口排出。由圖可見加熱盤底夾層采用角鋼焊接，這種結(jié)構(gòu)不僅焊接量大容易導(dǎo)致加熱盤形變，而且受熱不均勻，溫度梯度變化大，導(dǎo)致物料吸收熱量少且不均勻，影響胚料烘干的效果。

表1 舊結(jié)構(gòu)參數(shù)表

圖1 舊式加熱盤

圖2 舊式加熱盤切面圖

1.2 新式加熱盤

新式加熱板結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2，加熱盤包括夾套和加熱底板，夾套上有若干個波浪形型腔，若干個波浪形型腔分別焊接于所述加熱盤底板上，波浪形夾套可模塊化生產(chǎn)，在生產(chǎn)時采用沖壓方式，形成定型規(guī)格，靈活應(yīng)用于各種規(guī)格的平板烘干機加熱盤上，同時波浪形夾套的內(nèi)部流體能夠形成高度湍流狀態(tài)，使雷諾數(shù)大幅度提高，進而提高傳熱效率，且相對于折流結(jié)構(gòu)，流體運動阻力壓降損失較小。波浪形型腔尺寸如圖5。

表2 新結(jié)構(gòu)參數(shù)表

圖3 新式加熱盤

圖4 新式加熱盤切面圖

圖5 波浪形型腔尺寸

2 傳熱模擬分析

2.1 基于Solidworks flow simulation仿真軟件分析

Solidworks flow simulation工具可使設(shè)計人員模擬真實條件下的液體和氣體流動，在設(shè)計初期階段，設(shè)計人員可以輕松模擬流體流動[4]、熱傳遞和流體作用力，這些因素對設(shè)計的成功至關(guān)重要，為了便于分析兩種結(jié)構(gòu)的傳熱均勻性效果、體現(xiàn)新結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性和更加直觀地觀察內(nèi)部流動效果，利用Solidworks flow simulation中的流體分析功能，觀察溫度分布。

首先進入 flow simulation向?qū)?，?chuàng)建計算項目，設(shè)置單位為SI制，分析類型為內(nèi)部固體內(nèi)熱傳導(dǎo)，默認流體為水蒸氣，默認壁面設(shè)置為相同的參數(shù)，本實驗中設(shè)置壁面熱交換系數(shù)為25 W/(m2·k),施加固體材料為不銹鋼，基本設(shè)置完成以后，分別對加熱盤進口a口施加邊界條件為168℃飽和水蒸氣，速度為2 m/s，由于出口條件未知，統(tǒng)一出口邊界條件設(shè)為靜壓，保持系統(tǒng)默認，具體設(shè)置參數(shù)見表3。然后對加熱盤定義求解目標(biāo)，網(wǎng)格劃分運行后，最后繪制出兩種結(jié)構(gòu)流動跡線圖及溫度切面圖（圖6～圖9）。

表3 分析項目設(shè)置表

圖6 舊加熱盤流動跡線圖

圖7 舊加熱盤溫度切面圖

圖8 新式加熱盤流動跡線圖

圖9 新式加熱盤溫度切面圖

2.2 圖形對比及分析

從上圖對比可見全局最高溫度為168℃，為蒸汽進口時的溫度，而最低溫度為出口處溫度，新加熱盤最低溫度為26.12℃，而舊加熱盤最低溫度為20.09℃，從溫度切面圖可以看出，新加熱盤的切面溫度分布均勻，從溫度刻度標(biāo)尺上可看出為120℃左右，梯度變化較小。而從舊加熱盤的溫度切面圖可以看出，溫度分布不均勻，具有階梯型，進口處附近溫度較大，而遠離進口處溫度成梯度變化較大。從流動跡線圖可以看出，新式加熱盤汽體流動跡線更加順暢有序，沒有回流現(xiàn)象，而舊加熱盤流動跡線雜亂無章，甚至有回流現(xiàn)象。通過仿真分析，充分驗證了新結(jié)構(gòu)的合理性。

3 結(jié)論

通過Solidworks flow simulation對加熱盤進行流體分析，從仿真云圖直觀地看出新式結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，不論是在焊接工藝性還是受熱均勻性，都比以往加熱盤有更多優(yōu)勢，目前這一改進技術(shù)已經(jīng)運用到設(shè)備生產(chǎn)中，不僅節(jié)省了人力物力，更提高了機械產(chǎn)品的整體性能，為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟價值。