基于数值仿真的茯茶烘房热风循环方案优化

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摘要:发花和干燥是茯茶生产中的重要工序,在烘房中进行的发花和干燥状况的好坏对茯茶品质及生产成本具有重要影响。目前国内茯茶生产烘房的设计和使用主要依据生产经验,缺乏理论指导,烘房在生产中存在诸如温度不均匀,茶砖易发霉的问题。开展茯茶烘房的优化研究对节约能源、提高产品品质具有重要意义。本文以某企业茯茶烘房为研究对象,借助FLUENT软件平台,采用数值模拟的方法,建立茯茶烘房发花期的数值模型,分析烘房内速度场和温度场的分布特点。在此基础上,开展热风循环供热方案的优化研究。本文的主要内容与结论如下:(1)建立了茯茶发花期烘房的稳态三维模型。采用标准k-ε双方程模型和SIMPLE算法对烘房内的自然对流流场进行模拟,获得了烘房内速度场和温度场分布,与生产测试数据比较,其最大误差为8.46%,验证了仿真模型的可靠性。(2)散热片供热工况的仿真结果显示,烘房内气流循环速度缓慢,热空气从中部抬升,遇到二楼平台阻碍后向两边散开,然后贴壁向下沉降形成回流,最终在中部形成了四个气流旋涡。顶部气流处于滞止状态;烘房内温度场分布不均匀,在竖直方向出现上高下低的分层现象,在水平方向是中间高两端低。热源附近温度梯度较大。(3)鉴于散热片供热方式下烘房温度场不均匀的情况,提出了4种热风循环方案,仿真结果表明:热风循环对改善烘房内温度场均匀性具有明显作用。通过对比分析,确定了单侧送风单侧回风的烘房送风方案。该方案在茶砖摆放区域基本保持温度恒定,具有最好的温度均匀性,能够很好的满足茯茶生产工艺要求。(4)针对热风循环方案,研究送风速度、角度和茶砖间距三种单因素变量对烘房的影响规律,结果发现:增加送风速度能降低房间平均空气龄,使空气流动畅,并改善温度场的均匀性;向下偏转送风角度有利于提高流场均匀性,但采用平直送风可使平均空气龄最低;缩短茶砖间距,可减少烘房左侧温度的不均匀;烘房非工作区空气龄不受茶砖间距的影响,而工作区空气龄则随着间距的减小而增大。
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