熱風式枸杞烘干箱烘干室流場數(shù)值模擬及分析

陶向前 張孝德 張 祥

(西安科技大學機械工程學院，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，熱風式枸杞烘干機是由烘干箱、風機、冷凝器、壓縮機等部分組成，通過風機與冷蒸發(fā)器的組合，將烘干室內(nèi)的空氣進行加熱。由于烘干箱的特殊結(jié)構(gòu)，使得烘干室內(nèi)的空氣進行循環(huán)，熱風在經(jīng)過枸杞表面的時候?qū)㈣坭奖砻娴乃謳ё?，此時，在枸杞內(nèi)部形成濕度梯度差，枸杞內(nèi)部的水分向外擴散，擴散到枸杞表面的水分又被熱風帶走。如此循環(huán)往復，便可使枸杞內(nèi)部的水分含量降低，從而對枸杞進行制干[1]。

圖1 熱風式枸杞烘干機結(jié)構(gòu)示意圖

烘干室總體呈長方體，由隔流板將烘干室分為上下2個部分，上部為熱風出口通道，下部為烘干區(qū)。后壁面上半部分布置著一個矩形出風口，后壁面下半部按兩列均勻分布著6個大小相同的圓形進風口，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)匯總見表1。

表1 烘干機結(jié)構(gòu)參數(shù)表

2 烘干室流場計算模型的建立

對烘干室進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化首先要對烘干室內(nèi)流場進行分析，找出烘干室流場分布均勻性較差的部分，從而有針對性地對烘干箱進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本文使用SolidWorks軟件對烘干室進行三維建模，將坐標原點設(shè)置在烘干室右后方烘干室底水平面的位置，沿烘干室長度方向為X軸正向，沿烘干室寬度方向為Y軸正向，沿烘干室高度方向為Z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具有強大的幾何修復能力[2]，基于此，本文選用icem對烘干室流場的三維模型進行數(shù)值模擬的前處理工作，將烘干室三維模型保存成x-t格式導入icem中進行網(wǎng)格劃分，采用非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格，對物料層網(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個網(wǎng)格節(jié)點和2045641個網(wǎng)格單元。

3 烘干室流場數(shù)值模擬

將網(wǎng)格文件導入FLUENT中進行求解，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：入口風速為8m/s，湍流強度1.03%，入口溫度80℃；熱風出口選用壓力出口，壓力大小為103125Pa。至此，各求解條件已設(shè)置完畢。如圖4所示，為烘干室流場數(shù)值模擬結(jié)果。

圖3 計算域網(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；正對熱風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；沒有正對熱風入口的物料層氣流分布的均勻性比正對熱風入口的物料層氣流分布的均勻性要好；因此，熱風入口位置對烘干室內(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通道處的氣流速度較大且出風口附近出現(xiàn)氣流旋渦；烘干室中部氣流強度高，靠近烘干室內(nèi)壁面的氣流強度逐漸減弱。

4 結(jié)語

通過對熱風式枸杞烘干箱內(nèi)氣流分布的分析得出，靠近熱風入口處的氣流強度較大，隨著和熱風入口距離的增大，烘干室內(nèi)氣流強度逐漸減小，烘干室后部氣流強度最小。和長度方向氣流分布規(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)壁面的氣流強度最小。總體來看，位于隔流板上方的氣流強度高于隔流板下方氣流強度，隔流板上方回風通道末端發(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，進而影響枸杞烘干品質(zhì)。針對這些問題，可以通過一定的優(yōu)化方案來使得烘干室內(nèi)的氣流組織較為均勻，以保證枸杞均勻烘干，提高品質(zhì)。