膨化饲料特性及带式穿流干燥机气流场数值模拟研究

摘要

本课题对膨化饲料本身的物理、热特性参数进行了测定,并通过薄层热风干燥试验,研究了膨化饲料的干燥特性。同时,运用计算流体力学CFD对带式穿流干燥机干燥膨化饲料时的气流场分布情况进行数值模拟,以便准确地了解干燥机内的气流分布情况,为膨化饲料干燥机的设计提供基础理论依据。研究的主要结论如下:
　　 (1)两种膨化饲料近似为当量粒径分别为8.1mm、9.8mm的膨化饲料。当量粒径8.1mm、9.8mm的膨化饲料孔隙率平均值分别为0.3347、0.3424。膨化饲料的密度随着含水率增加而增大。用KD2PRO热特性分析仪测量膨化饲料的比热容,得到其比热容随着含水率增加而增大。
　　 (2)采用KD2PRO热特性分析仪测量膨化饲料的导热系数,结果表明,膨化饲料的导热系数与其含水率、温度呈正相关关系。当量粒径为8.1mm的膨化饲料在含水率为3.69％-32.93％,温度为45℃时,导热系数值为0.0543-0.1627Wm-1K-1。当量粒径为9.8mm的膨化饲料在含水率为3.17％-31.26％,温度为45℃时,导热系数值为0.0623-0.1597Wm-1K-1。
　　 (3)利用静态平衡法,测量膨化饲料的解吸平衡含水率。结果表明,膨化饲料解吸平衡含水率随着空气相对湿度的增加而升高,随着空气温度的升高而降低。在温度为30℃,相对湿度为11.28％-92.31％时,当量粒径8.1mm的膨化饲料解吸平衡含水率为6.43％-31.04％(％d.b.)。在不同的相对湿度区间,膨化饲料解吸平衡含水率的变化有所不同,当量粒径8.1mm的膨化饲料解吸平衡含水率在相对湿度为10％-65％的环境中变化较小,而在相对湿度大于65％的环境中解吸平衡含水率随着相对湿度的提高而迅速升高。用ModifiedHalsey模型描述膨化饲料的解吸平衡含水率最合适,此时模型的平均相对误差P=4.46％,标准差S.E=0.0078,决定系数R2=0.9834,模型的预测值与试验值间的最大残差值为2.04％。
　　 (4)使用GZ-1型循环热风干燥机,进行膨化饲料薄层干燥试验,并绘制干燥速率曲线。结果表明,热风温度、热风速度、膨化饲料初始含水率对干燥速率的影响均极显著。膨化饲料在整个干燥过程中,干燥初始阶段干燥速率较小,随着干燥时间的延长,干燥速率逐渐增大并达到最高点,干燥后期阶段干燥速率又逐渐减小,在整个干燥过程中没有明显的恒速干燥阶段。薄层干燥试验数据的非线性回归分析表明,可采用Page模型方程和修正的Page模型方程来描述膨化饲料的薄层干燥过程。
　　 (5)利用物料平衡计算得出生产能力为3000kg/h膨化饲料的带式穿流干燥机关键结构参数以及主要工艺参数的基础上,运用Fluent软件对多层带式穿流干燥机的气流场进行了数值模拟,得出进风口布置在带式干燥机的宽度方向上时,气流在干燥机的整个长度、高度方向上分布不均匀,热风进风口处和冷风出风口处气流速度较高,干燥箱内壁与膨化饲料床层边缘处间的气流速度要高于内部的气流速度。通过改变带式穿流干燥机进风口的位置,如布置在长度方向上或选择从干燥箱底部直接进风,可以获得较均匀的气流。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题的提出与研究意义

1.2 物料特性参数的研究现状

1.2.1 物料孔隙率、密度、比热容研究概述

1.2.2 物料平衡含水率研究概述

1.2.3 物料导热系数研究概述

1.3 物料干燥特性的研究现状

1.4 带式干燥机模拟研究现状

1.5 课题研究内容

1.5.1 课题研究内容

1.5.2 技术路线

2 膨化饲料特性参数的研究

2.1 膨化饲料孔隙率的试验研究

2.1.1 试验仪器

2.1.2 试验材料

2.1.3 试验方法

2.1.4 试验结果与分析

2.2 膨化饲料密度的试验研究

2.2.1 试验仪器

2.2.2 试验材料

2.2.3 试验方法

2.2.4 试验结果与分析

2.3 膨化饲料比热容的试验研究

2.3.1 试验仪器

2.3.2 试验材料

2.3.3 试验方法

2.3.4 试验指标

2.3.5 试验分析与结果

2.4 膨化饲料导热系数的试验研究

2.4.1 试验仪器

2.4.2 试验材料

2.4.3 试验方法

2.4.4 试验指标

2.4.5 试验结果与分析

2.5 膨化饲料平衡含水率的试验研究

2.5.1 试验装黄

2.5.2 试验材料

2.5.3 试验方法

2.5.4 试验指标

2.5.5 试验结果及分析

2.5.6 膨化饲料解吸平衡含水率模型的建立

2.6 本章小结

3 膨化饲料热风干燥特性的研究

3.1 膨化饲料热风干燥试验

3.1.1 试验仪器

3.1.2 试验材料

3.1.3 试验方法

3.1.4 试验指标

3.2 膨化饲料热风干燥特性及影响因素

3.2.1 热风温度对膨化饲料干燥速率及水分比MR的影响

3.2.2 热风速度对膨化饲料干燥速率及水分比MR的影响

3.2.3 膨化饲料初始含水率对其干燥速率及水分比MR的影响

3.2.4 膨化饲料当量粒径对其干燥速率及水分比MR的影响

3.2.5 影响因素显著性方差分析

3.3 本章小结

4 膨化饲料薄层干燥模型

4.1 薄层干燥模型的选择

4.2 薄层干燥模型参数的确定

4.2.1 指数模型

4.2.2 Page模型

4.2.3 修正的Page模型

4.2.4 单项扩散模型

4.2.5 对数模型

4.2.6 Wang and Singh模型

4.3 模型的比较选择

4.4 模型验证

4.5 本章小结

5 带式穿流干燥机设计及气流场数值模拟研究

5.1 带式穿流干燥机关键参数设计

5.2 带式穿流干燥机气流场数值模拟研究

5.2.1 气流场数值模拟理论基础

5.2.2 建立带式穿流干燥机几何模型

5.2.3 模型的网格划分

5.2.4 物性参数的设置

5.2.5 边界条件的设置

5.2.6 求解器的选择

5.2.7 带式穿流干燥机气流场数值模拟结果与分析

5.3 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致谢

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