芝麻和花生植物油料的渗透与流变特性测试及数值模拟

摘要

当前植物油制取的主要方法为压榨法，但是有关榨油机的理论和实验研究鲜有文献报道，研究成果较少，致使榨油机的发展相当缓慢。油料压榨理论的研究具有重大的意义和应用价值。本文在现有油料压榨理论和试验研究结果的基础上做了如下工作： （1）研究芝麻与花生的渗透物理特性。完成芝麻与花生渗透率试验，根据流固耦合理论，建立可变形芝麻和花生饼的一维渗流微分方程并求解一维定常耦合渗流问题的解析解。根据渗透率试验数据，采用Hopfield 神经网络优化算法对芝麻和花生渗透率模型参数进行识别。研究表明：饼中孔隙压力与渗透率均为非线性分布；渗透率与有效应力呈指数关系。 （2）研究芝麻与花生的蠕变特性。完成芝麻与花生的蠕变试验，采用模型理论与经验模型相结合的方法建立了芝麻和花生非线性粘弹塑本构模型，并对模型参数进行了识别。数值模拟了芝麻、花生、碎花生的蠕变，数值模拟的最大相对误差分别为5.7％、1.5％和4.3％，结果表明，非线性粘弹塑性模型能较好描述芝麻、花生流变特性。运用蠕变速率曲线确定了芝麻、花生、碎花生的平衡压榨时间。 （3）研究芝麻与花生在压榨过程中的流固耦合渗流问题。考虑植物油料的可变形和流变特性，植物油料的压榨过程是一个渗流场和流变场耦合渗流问题。 基于流固耦合渗流理论建立植物油料压榨过程的模拟模型，采用有限差分法和有限元法交替求解渗流场和流变场。数值模拟了芝麻和花生压榨过程中的位移、孔隙流体压力分布与消散。