苜蓿草滚筒干燥设备的优化和模拟
苜蓿草因为营养价值高而被广泛种植,用苜蓿草干燥机干燥,能够在短时间内达到安全贮藏标准且保留了大部分营养。滚筒干燥机内物料运动方式的基础上,将四重滚筒干燥设备内苜蓿草段的运动过程分为升举和下落两个部分。通过研究苜蓿草段的物性,计算升举阶段苜蓿草段的最大卸料角度。研究滚筒干燥设备内抄板特性,结合苜蓿草段的下落角度,分析出苜蓿草段在抄板上的下落规律。通过对下落过程中的苜蓿草段进行受力分析,计算出滚筒内不同位置抄板上苜蓿草段的下落量和下落高度,得出苜蓿草段平均下落高度和下落阶段所用时间。通过分析苜蓿草段水平受力,计算出苜蓿草段在每个下落阶段的水平前进距离。结合升举和下落阶段所用时间,获得苜蓿草段滞留时间的数学模型。 在理论和试验相结合的基础上,对苜蓿草段的物性进行了研究,获得了关于苜蓿草段水分扩散系数的回归方程,为模拟苜蓿草段在滚筒干燥设备内的干燥过程提供了依据。通过对滚筒干燥设备结构和物性的研究,提出了关于滚筒干燥设备外壁向外界散热的数学模型。分析了每层滚筒与相邻滚筒的换热过程,为模拟每层滚筒内苜蓿草段的干燥条件提供了理论依据。采用有限元的方法,利用MATLAB软件的PDE工具箱,对苜蓿草段的传质阶段和滚筒的传热阶段进行计算,得出了苜蓿草段内部水分扩散方式和干燥机稳定工作时滚筒外壁的温度。 将苜蓿草段在滚筒内的干燥过程分为许多个阶段,将每个阶段内的连续方程、能量方程、传热传质方程,编入模拟程序。通过输入苜蓿草段含水率和滚筒干燥设备的工作参数,计算出苜蓿草段在滚筒干燥设备内的干燥过程和最终含水率。通过数值模拟计算出滚筒外壁的热损失,并分析滚筒干燥设备工作参数对热损失的影响。 通过实验验证模拟结果的准确性,发现模拟结果与实验结果相符,可以采用模拟程序代替试验对滚筒干燥设备工作参数进行优化。以入口气流温度、入口气流速度和滚筒转速作为影响因素,出口苜蓿草段含水率为指标,进行响应曲面分析,建立回归模型,并优化滚筒干燥设备工作参数,得到各因素取值范围和最优值：入口气流温度最优值359.6℃,入口气流速度11.8m/s,滚筒转速10. 1r/min。并对各因素对出口苜蓿草段含水率的交互影响进行了分析。 采用FLUENT软件对四重滚筒干燥设备内的流场进行分析,通过分析气固两相流在干燥设备内的作用,进行数值模拟,获得干燥设备内的流场分布图、静压分布图和湍流动能分布图。对干燥设备内部流场、静压场和湍流动能场进行分析,发现气流运动方向与壁面所成角度是影响气流速度的重要因素。对第二重滚筒底部和第三重滚筒迎风面进行结构优化,对优化后的流场进行数值模拟并加以分析,结果表明,优化后干燥设备内气流运动流畅,涡流减少,改善了干燥设备性能。