多风机热泵藏药干燥箱数值模拟方法及流场研究

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干燥箱流场分布不均匀会造成藏药干燥后的最终含水率不同,并且影响藏药干燥后的品质;同时风机与干燥箱系统阻力不匹配会造成风速不符合藏药干燥工艺要求且风机效率低。基于计算流体力学(computational fluid dynamics CFD)对干燥箱流场进行模拟与分析是干燥箱设计的先进方法,然而在有限的计算机资源下很难对多风机驱动下的干燥箱流场效应进行有效和准确地模拟。本文提出使用三维风扇区域模型简化循环风机来减少网格数量同时达到计算精度,并提出通过建立风机气动性能数值计算模型求取适用于三维风扇区域模型的模型参数,通过理论与试验结果验证了方法的有效性和模型的可靠性。在考虑多个循环风机受系统阻力影响的复杂流场效应下对干燥箱结构进行了改进。在此基础上提出了基于三维风扇区域模型和多孔介质模型计算系统阻力的方法,探讨了干燥箱降阻方法以及循环风机与系统阻力的匹配。本文的主要研究结果如下:(1)藏药木香干燥试验表明风速与干燥速率有很强的相关性,物料层上方的风速不同导致了干燥速率不同。干燥箱系统阻力大以及循环风机与系统阻力不匹配是造成风速不满足木香干燥工艺要求的主要原因。(2)三维风扇区域模型模拟的结果与MRF模型的结果一致,且新模型的网格数量仅为MRF模型的1.12%。此外,在干燥箱内模拟的风速值与压力值与实验结果一致,且模拟出了多风机驱动下的干燥箱流场特性,风速和风压相对误差绝对平均值分别为6%和2.75%。(3)流场模拟结果表明,风机出口附近物料盘上方风速较高且分布不均匀,有过多的热风从最上层物料盘与干燥箱顶面之间的区域流过,另外干燥室隔板开口处会有热风从一侧腔室流向另一侧腔室形成涡流。不良的干燥箱结构导致了干燥室风速场分布不均匀,风速面积加权均匀性指数仅为0.73。(4)通过建立导流罩风量分配数值计算模型,得到均风板的最佳分隔尺寸。优化后的导流罩出口风量的标准偏差为0.001,可以更好地达到均风的目的。通过减少干燥箱顶面与最上层物料盘之间的距离,将隔板的开口改为推拉门,并在每个进风口增加一个导流罩,物料盘之间的风速分布可以更加均匀。经改进后,面积加权均匀性指数为0.81,比原结构高出8%。(5)冷凝器的阻力占系统阻力的比重达59%,提出通过减少冷凝器管排数并增加冷凝器迎风面积来降低干燥箱系统阻力。根据风机相似定律探讨了循环风机与系统阻力的匹配。计算结果表明,冷凝器为两排管和风机转速为2900r/min时物料盘上的平均风速为2.01m/s,满足藏药干燥工艺要求,且风机工作效率在85%,相比于冷凝器为四排管时,效率增加了15%。本文所做的研究可为多风机热泵干燥箱数值模拟建模、干燥箱结构设计、干燥箱系统阻力计算与降阻、循环风机选型提供技术指导。
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