膨化饲料热特性参数研究及热风干燥数值模拟

论文摘要

随着饲料工业这个行业的发展,越来越多的饲料生产厂家对干燥技术和设备提出了更高的要求。为了适应生产厂家的要求,干燥设备的设计和研发也偏向于大型化、系列化、低能耗。多层立式干燥器一种新型干燥器,它的特点是：一是干燥室内无机械运动部件,日常维护少。二是可连续运行,效率高、产量大（产能≥10t/h）。三是干燥器体积巨大,造价高昂。饲料生产中干燥过程是个很重要的环节,多层立式干燥器向干燥室内送风方式是底部送风和两侧送风。对送风方式以及热风在干燥室内的流动状态进行研究,可以为立式干燥器的优化和改进提供参考依据。本文先对膨化饲料的热特性进行了研究,然后利用计算流体力学（CFD）对多层立式干燥器中的热风流动情况进行数值模拟,具体研究如下：1)试验材料选用某饲料生产厂的3种膨化饲料（002、556、561）,用KD2 PRO热特性分析仪测量膨化饲料在3种初始温度T℃（25℃、35℃、45℃）和8种含水率水平M下的导热系数λ。得出了导热系数关于含水率、温度的二元回归方程是：2)用质量体积法测量2种膨化饲料（556、561）的孔隙率,2种饲料颗粒外形是比较规则的圆柱体。通过研究的孔隙率可以看出,膨化饲料颗粒的大小对其孔隙率的影响不是很大。膨化饲料堆积体常被看成一个整体,实际上颗粒之间存在很多的空隙,而且颗粒表面也存在气孔,还有颗粒之间也有相互的挤压作用,使得堆积体的表面张力会偏大,这些孔隙也不容易被检测出来,所以得到的孔隙率测量值会偏小。孔隙率在本文是干燥室建模的关键参数之一3)建立了立式干燥器干燥室内的模型,重点研究了干燥过程中底部送风方式和两侧送风方式,得出了干燥室内的风压矢量图、风压分布图、风速矢量图、风速分布图。通过对模型数值的分析和研究,发现采用底部送风方式干燥室模型最佳的干燥区域是：X=0-400mm, Y=0-750mm和X=1500-2400mm, Y=1300-2400mm。采用两侧送风方式干燥室模型最佳干燥区域是：X=0-100mm, Y=0-500mm,和X=1800-2400mm, Y=1300-2400mm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 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
• 1.3 膨化饲料干燥设备的研究现状
• 1.4 CFD在热风干燥模型的应用现状
• 1.5 课题研究内容
• 第二章 膨化饲料特性参数的研究
• 2.1 导热系数的定义和研究状态
• 2.1.1 试验原理
• 2.1.2 试验材料和装置
• 2.1.3 试验步骤
• 2.1.4 结果与分析
• 2.2 孔隙率的试验研究
• 2.2.1 试验材料与设备
• 2.2.2 测量方法
• 2.2.3 结果与分析
• 第三章 热风干燥数值模拟的理论基础
• 3.1 计算流体力学基础
• 3.1.1 计算流体力学介绍
• 3.1.2 计算流体力学的特点及应用领域
• 3.2 流体力学基础
• 3.2.1 理想流体与粘性流体
• 3.2.2 层流与湍流
• 3.3 CFD的三大守恒方程
• 3.3.1 质量守恒方程
• 3.3.2 动量守恒方程
• 3.3.3 能量守恒方程
• 3.4 CFD中湍流模型的应用
• 3.4.1 湍流流动的描述
• 3.4.2 湍流数值模拟的方法与分类
• 3.4.3 标准k-ε模型
• 3.5 控制方程的离散化
• 3.5.1 离散化概述
• 3.5.2 有限体积法及其网格划分
• 3.6 FLUENT软件基础
• 3.6.1 FLUENT软件介绍
• 3.6.2 FLUENT软件的求解步骤
• 第四章 干燥室热风数值模拟研究
• 4.1 干燥室模型的建立
• 4.1.1 数学模型
• 4.1.2 物理模型
• 4.2 关键参数设计
• 4.2.1 干燥过程的关键参数
• 4.2.2 模拟参数
• 4.3 模拟方案一:底部送风
• 4.3.1 模型计算
• 4.3.2 压力场模拟结果
• 4.3.3 速度场模拟结果
• 4.3.4 结果分析
• 4.4 模拟方案二:两侧送风
• 4.4.1 模型计算
• 4.4.2 压力场模拟结果
• 4.4.3 速度场模拟结果
• 4.4.4 结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表学术论文目录