发芽糙米连续式微波干燥过程仿真及干燥机设计

摘要

为提高发芽糙米在连续式微波干燥机内干燥均匀性和干燥后品质，根据发芽糙米的实际生产需要，确定连续式微波干燥机干燥腔室结构尺寸为1220mm×1220mm×10000mm，运用HFSS电磁仿真软件对不同结构干燥腔室内部电磁场分布进行仿真分析，采用SolidWorks Flow simulation流体仿真软件研究干燥腔室内部气流场分布规律，通过台架试验研究微波干燥过程中发芽糙米干燥特性，并对仿真结果进行验证，对微波干燥机进行优化设计。
　　本文研究主要内容及结论如下:
　　(1)通过建立微波电磁场仿真模型，对不同条件下（有载与无载、磁控管排布、边角过渡方式）干燥腔室内部电磁场进行仿真分析。在发芽糙米的微波干燥过程中，磁控管横纵垂直排布、干燥腔室边角直角过渡方式，可提高物料表面电场分布均匀性（磁控管在干燥腔室上部均匀排列，在干燥腔室上端面长度方向上间隔909mm，在宽度方向上间隔406mm)。因此，在微波干燥机结构优化和设计时，磁控管排布、干燥腔室边角过渡采用这种形式。
　　(2)建立微波干燥机的干燥腔室流体仿真模型，对不同结构干燥腔室内部气流分布进行仿真分析。结果表明，在微波干燥机的在进风口上加装均风网板、及在出料口同端面上加设出风口，可使腔体内部气流更加平稳，风速平稳区域占整个微波干燥腔室内料层区域45％，且可降低进料口气体的流量损失;出风口上端面距离干燥腔室顶端320mm，尺寸为800mm×1220mm×200mm;干燥腔室边角避免圆角过渡，可减少腔室内部气流涡旋，提高气流利用效果。
　　(3)在微波干燥过程中，向干燥室内适量通风会在发芽糙米表面产生对流作用，可改善因电磁场分布不均引起的料层温度分布不均性，并可带走物料表面的水蒸气，提高干燥速度;但爆腰率也随通风速率的增加而增加，影响发芽糙米干后品质。综合考虑干燥效率和干后品质，选取料层上表观速度0.2～0.5m/s作为发芽糙米微波干燥适宜通风速率。
　　(4)根据干燥腔体内电场强度和气流运动仿真优化以及台架试验结果，设计连续式微波干燥机（湿物料处理量:500kg/h）。首先确定连续式微波干燥机的总体结构，然后对干燥机的主要部件进行结构及参数设计，同时对微波干燥系统磁控管进行选型及干燥腔室结构参数设计，最后设计控制系统。该干燥机可实现干燥过程的连续化与自动化，有助于提高干燥效率和物料干后品质，适合于发芽糙米等颗粒状物料的微波连续干燥。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．1．2 发芽糙米干燥

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 发芽糙米干燥研究现状

1．3．2 微波干燥设机究现状

1．3．3 电磁场仿真研究现状

1．4 研究内容与路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究路线

2 微波干燥腔内电磁场与流场仿真分析

2．1 干燥腔室内部电磁场仿真

2．1．1 模型尺寸确定

2．1．2 输入功率确定

2．1．3 几何参数设定

2．1．4 电磁仿真结果

2．1．5 仿真结果对比分析

2．2 干燥腔室内部流场仿真

2．2．1 计算流体动力学软件

2．2．2 相关气体运动方程

2．2．3 已有连续式微波干燥腔室内流场仿真与验证

2．2．4 连续式微波干燥机腔室流场仿真

2．2．5 不同结构干燥腔室仿真结果分析

2．3 本章小结

3 发芽糙米连续式微波干燥试验

3．1 材料与方法

3．1．1 发芽糙米准备

3．1．2 试验仪器与设备

3．1．3 试验流程

3．2 相关指标及参数测定

3．3 试验结果与分析

3．3．1 风速对发芽糙米温度和含水率的影响

3．3．2 风速对发芽糙米爆腰率的影响

3．4 本章小结

4 连续式微波干燥机设计

4．1 微波干燥机组成

4．2 设计要求

4．3 主要部件设计

4．3．1 铺料装置设计

4．3．2 输送装置设计

4．3．3 提升机选择

4．3．4 缓苏装置设计

4．4 微波干燥系统设计

4．4．1 磁控管选型

4．4．2 干燥腔室设计

4．4．3 腔室材料选择

4．4．4 风机选型

4．5 控制系统设计

4．5．1 控制方案

4．5．2 PLC控制流程

4．5．3 控制电路图

4．6 整机结构及工作原理

4．7 本章小结

5 结论

5．1 主要结论

5．2 研究特色与创新

5．3 不足与完善

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文