多孔热风管滚筒式茶叶杀青机技术研究

摘要

中国是一个茶叶生产及消费大国，但是对于绿茶加工技术和设备的研究较为落后，而杀青作为绿茶初制的第一道工序，其效果直接影响了成茶的品质，因此有必要对茶叶杀青技术和设备进行优化以保证茶叶加工的后续工艺，从而获得高品质的茶叶。由于目前多孔热风管滚筒式茶叶杀青设备存在杀青质量不高、产量低和能源效率低下的问题，因此在分析杀青机内流体和颗粒的特性的基础上，利用 EDEM和 FLUENT耦合分析的方法对其杀青过程进行模拟仿真，获得了滚筒内茶叶颗粒的离散场、滚筒内部的温度场和热风的流场，根据仿真结果优化杀青机的结构和运动参数。
　　本研究主要内容包括：⑴根据判别流体类型的准则判定杀青机内的流场特性，据此选择合适的湍流模型和壁面函数。通过比较网格类型选择了六面体网格并对模型进行网格划分，结果表明此网格能基本表现流场的特性且具有计算速度快的优点。⑵对EDEM与FLUENT耦合仿真的可行性及流程进行分析，根据离散元素法中的颗粒模型理论选择合适的茶叶颗粒形状、接触力学模型以及接触判断算法，基于颗粒轨道流模型构建了颗粒阻力模型和颗粒热传递模型，耦合结果表明能够较好得求解颗粒的各项参数。⑶完成了离散相茶叶颗粒模型和连续相热风流场模型的构建，设计单因素试验对杀青过程中茶叶颗粒离散程度、料幕面积、温升速率进行仿真分析，选取滚筒转速、滚筒倾角、导叶板数量和高度作为试验因子。结果表明，在一定范围内茶叶颗粒的滚筒转速、滚筒倾角、导叶板数量和高度的增加而增加，但当超过一定水平后，温升速率反而会出现下降。⑷设计了四因素三水平的正交试验对杀青过程进行仿真分析，选取滚筒转速、滚筒倾角、导叶板数量和高度作为试验因子。结果表明，滚筒转速和滚筒倾角对茶叶颗粒的温升速率影响较大，而导叶板数量和高度对茶叶温升速率影响较小。为了获得最大的温升速率，选择正交试验各因子的最优组合。型能在提高杀青质量的情况下保证生产效率，采用多相流耦合分析的方法可以用于茶叶加工装备的开发与优化。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及研究意义

1.3 课题相关技术的国内外研究现状分析

1.4 研究目标、技术路线和研究内容

第2章 FLUENT流场分析

2.1 湍流模型

2.2 壁面函数

2.3 网格的类型及划分

2.4 多孔热风管流场分析

2.5 本章小结

第3章 离散元基本理论及应用

3.1 EDEM软件简介

3.2 颗粒模型理论

3.3 EDEM与FLUENT耦合

3.4 本章小结

第4章 基于EDEM与FLUENT耦合的杀青机仿真分析

4.1 多孔热风管滚筒杀青机工作过程仿真

4.2 耦合结果分析

4.3 本章小结

第5章 多孔热风管滚筒杀青机优化设计

5.1 单因素茶叶颗粒杀青效率分析

5.2 多因素仿真分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢