粮食红外线辅助热风干燥工艺系统设计

摘要

粮食干燥装备的设计不仅涉及到极为复杂的传热传质机理、粮食自身的物性特征与干燥特性，又涉及到机械结构设计与自动化控制技术；干燥工艺技术、机械结构特征、自动化控制技术水平直接影响到干燥品质、能耗、设备寿命、安全性及系统的经济性。面对我国粮食干燥普遍存在的受热不均匀、品质差、能耗高、效率低等现实问题，本研究从粮食水分结合能分析入手，基于干燥系客观的充分利用和多场协同作用，设计一种粮食红外线辅助热风干燥工艺系统，建立干燥机三维模型，完成样机设计与试验，论文完成的研究工作主要包括以下内容:
　　（1）分析了粮食水分迁出特征与粮食同水分的结合机理，明确了粮食干燥过程中，干燥系统内的水分蒸发在任何温度下都可以自发地进行，而且蒸发过程是热力共同作用的结果，水分迁出速率受限于水分与粮食的结合能，结合能随含水率和粮食自身温度的升高而降低，在粮食湿含量超过30％后，温度对其结合能的影响非常小，在粮食的低水分区域，结合能随粮食含水率的增大而显著下降，基于此原理，设计了一种红外线热辐射、逆混流引风组合的干燥工艺系统，既能保证干燥过程中粮食温度不过高，又能大幅度加快高湿粮食去水速率，同时改善了粮食的干燥品质，节约了干燥能耗。
　　（2）利用粮食对红外辐射具有选择性吸收的原理，设计了一种通过回收烟气能量产生特定波长的远红外辐射装置，高效利用了废气能量，加快了粮食干燥速率，改善了粮食干燥品质；为保证样机排粮均匀可靠，简化传统排粮机构，设计了一种往复式排粮机构，增强了样机整体结构的可靠性，实现了样机使用功能的多样性；运用SolidWorks三维设计软件建立了样机整体的三维模型，为样机的加工制造提供参考。
　　（3）假设粮食干燥层为各向同性的多孔介质，建立样机的仿真模型，基于前期试验结果，设置模型中多孔介质的参数与边界条件，利用 ANSYSWorkbench平台中的流体分析软件Fluent对样机内气流分布和压力场的分布进行模拟仿真，得到了气流分布的风速场云图与干燥粮层压力场云图，通过仿真的结果分析了干燥介质风速流场分布的均匀性，以及多孔介质粮层的压力分布情况，验证了样机设计的可靠性，也为进一步优化设计干燥机提供重要参考依据。
　　（4）在安徽芜湖开展了样机试验验证。试验结果表明：干燥过程中，样机总体运行可靠性强，在风量谷物比为）（0.5~0.7m3/ s?100kg的条件下，稻谷湿基含水率从33%降到15.81%时，稻谷平均去水速率为2.95%/h；在环境温度与相对湿度分别为5℃和100%、热风温度为50～80℃、排烟温度为70℃的条件下，稻谷自身温度保持在35℃以下，较传统的横流干燥方法降低11℃，平均去水速率提高2倍以上，实现了干燥机低温循环干燥的功能，保障了稻谷不受过热损伤，提高了稻谷的干燥品质，大幅度降低了干燥能耗。

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1 前言

1.1 研究背景与意义

1.2 粮食干燥技术的研究现状

1.3 粮食干燥工艺技术的研究现状

1.4 干燥机CFD模拟研究现状

1.5 研究内容与技术路线

1.6 本章小结

2 粮食干燥工艺系统设计

2.1 工艺系统设计理论

2.2 工艺系统设计原则

2.3 工艺系统设计流程及原理

2.4 本章小结

3 粮食干燥工艺系统样机设计

3.1 样机的关键技术参数设计

3.2 样机的总体结构及工作原理

3.3 关键部件的结构设计

3.4 本章小结

4 样机内流态模拟仿真

4.1 理论基础

4.2 仿真模型

4.3 模型的Fluent求解过程

4.4 模拟结果与分析

4.5本章小结

5 干燥工艺系统的试验验证

5.1 试验目的

5.2 试验材料与环境条件

5.3 试验仪器

5.4 试验方法

5.5 试验结果与数据分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士研究生期间参与科研活动及成果