基于离散元的茶叶杀青过程数值模拟与杀青机参数优化研究

摘要

茶叶加工工艺与设备是茶业的基础，对茶业的发展起着举足轻重的作用。茶叶加工工艺极其复杂，对加工设备的要求也很高。杀青是绿茶初制的第一道工序，也是关键工序，对绿茶品质的形成至关重要。滚筒杀青机以其杀青效率高、杀青叶品质稳定等特点，在市场上应用广泛。因此，通过数值模拟茶叶杀青过程，进而对滚筒杀青机结构进行优化，对于实际生产具有重要的意义。
　　 本文以6CST-50型滚筒杀青机为原型，基于离散单元法的PFC3D(ParticleFlow Code of Three-dimensional)软件，建立了杀青机简体结构的三维仿真模型，对滚筒杀青机杀青过程进行热-机械耦合分析。本文分别从温度场和应力场两方面分析茶叶杀青过程，并提出了相关控制模型，得到以下结论：
　　 (1)滚筒杀青机进行茶叶杀青时，存在最佳转速，转速过大不利于叶温迅速升温和叶温均匀性，转速过低则会降低杀青效率且出现焦边现象。
　　 (2)增加滚筒高温区导叶板数量，使前段导叶板多于后段，有利于提高叶温均匀性，加快杀青叶升温，并促使茶叶水分的散失，水汽和青草味的散发。
　　 (3)增加导叶板倾角，并采用“L”型导叶板，将提高茶叶在筒壁上的散度，有利于茶叶混合质量的提高，促使叶温迅速升温；同时，导叶板倾角增大时，杀青叶所受的切应力增大，有利于杀青叶成形。
　　 (4)在保证杀青质量前提下，滚筒平均壁温和滚筒倾角呈双指数函数关系；杀青效率和滚筒倾角呈二次函数关系。
　　 本文基于上述研究，对6CST-50型滚筒杀青机结构和运动参数进行了优化，通过对比实验测试，认为优化后的杀青机在杀青质量、生产效率和能源利用率等方面均具有显著优势。