蔬菜类真空干燥设备的设计及数值模拟

摘要

我国的果蔬产量位居世界首列，其中干制保存的果蔬量约占世界果蔬贸易总量的近60％。随着科技水平的提高和市场需求的增加，我国的果蔬产出状况呈增长趋势。但新鲜的果蔬由于自身性质限制，在常温下储存过程中，容易损失营养，甚至腐烂变质，尤其是热敏性的蔬菜产品。真空干燥能实现低温干燥，对于热敏性物料的干燥非常有利。目前我国真空干燥技术迅速发展，一些老式的、干燥效果不理想的果蔬干燥设备已经不能完全适用。因此研制开发一种成本低、耗能少、性能稳定的果蔬真空干燥设备迫在眉睫。本文的研究内容包括：
　　（1）以香菜为试验物料，利用现有真空干燥设备，对其进行了真空干燥探究性试验，得到香菜的真空干燥特性及用此设备干燥后香菜最佳工艺条件，并验证现有真空干燥设备的干燥效果及发现其存在的问题。现有真空干燥设备在干燥过程中存在干燥不均匀及真空度有时难以保持稳定的问题，导致干燥过程能耗增加。通过本试验为蔬菜真空干燥设备的设计提供了实验依据。
　　（2）对传统真空干燥设备的结构进行分析，并根据现有真空干燥设备存在的问题，结合真空干燥的基本原理、干燥工艺和设计方法，利用SolidWorks建模软件分别对两个关键部件―干燥箱体和热水盘管进行了三维设计。通过ANSYS有限元分析软件对用不同加强筋加强的箱体进行静力学分析并优化，选择6.5号槽钢作为箱体加强筋材料，使干燥箱箱体结构符合设计要求。
　　（3）利用计算流体力学软件（FLUENT）模拟了优化后的真空干燥箱模型的流场分布。通过模拟，结合香菜真空干燥试验所得的最佳工艺，分析真空干燥过程中物料层的温度分布及干燥箱内部的温度、压力、流体速度的变化情况。模拟结果表明，此真空箱内部的温度、压力、物料层的温度分布均匀。优化后的真空干燥设备能解决干燥不均匀的问题，为研究蔬菜真空干燥过程提供了技术支撑和理论依据。
　　本文通过真空干燥试验发现现有设备存在的问题，利用SolidWorks软件建立箱体模型，运用ANSYS对模型进行优化，用FLUENT模拟其内部流场，得到优化后的真空干燥设备能消除现有设备干燥不均匀现象。通过恰当的设定真空泵的抽气时间及对真空箱做好密封解决了真空度有时难以保持稳定的问题。本课题的研究为干燥领域的蔬菜干制加工和相关设备的设计技术提供了依据。

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 真空干燥设备概述

1.3 真空干燥设备的国内外研究现状与进展

1.4 课题主要研究内容、目标及创新点

2 香菜真空干燥试验研究与设备分析

2.1 材料与方法

2.2 试验评价指标的计算

2.3 单因素试验与分析

2.4 正交试验结果与分析

2.5 本章总结

3 蔬菜类箱式真空干燥设备的设计

3.1 真空干燥设备的设计要求

3.2 干燥箱箱体的设计

3.3 真空系统的设计

3.4 本章小结

4 真空干燥过程中真空环境的数值模拟

4.1 概述

4.2 数学模型

4.3 物理模型

4.4 不同参数设置的模拟结果与求解

4.5 本章小结

5 蔬菜真空干燥过程的数值模拟

5.1 概述

5.2 多孔介质真空干燥过程的原理

5.3 多孔性蔬菜真空干燥过程的数值模拟

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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