热风式枸杞烘干箱烘干室流场数值模拟及分析

陶向前 张孝德 张 祥

(西安科技大学机械工程学院，陕西 西安 710054)

1 烘干箱结构及工作原理介绍

如图1所示，热风式枸杞烘干机是由烘干箱、风机、冷凝器、压缩机等部分组成，通过风机与冷蒸发器的组合，将烘干室内的空气进行加热。由于烘干箱的特殊结构，使得烘干室内的空气进行循环，热风在经过枸杞表面的时候将枸杞表面的水分带走，此时，在枸杞内部形成湿度梯度差，枸杞内部的水分向外扩散，扩散到枸杞表面的水分又被热风带走。如此循环往复，便可使枸杞内部的水分含量降低，从而对枸杞进行制干[1]。

图1 热风式枸杞烘干机结构示意图

烘干室总体呈长方体，由隔流板将烘干室分为上下2个部分，上部为热风出口通道，下部为烘干区。后壁面上半部分布置着一个矩形出风口，后壁面下半部按两列均匀分布着6个大小相同的圆形进风口，烘干室内共等距布置了12层枸杞物料托盘。将烘干室结构参数汇总见表1。

表1 烘干机结构参数表

2 烘干室流场计算模型的建立

对烘干室进行结构优化首先要对烘干室内流场进行分析，找出烘干室流场分布均匀性较差的部分，从而有针对性地对烘干箱进行结构优化。本文使用SolidWorks软件对烘干室进行三维建模，将坐标原点设置在烘干室右后方烘干室底水平面的位置，沿烘干室长度方向为X轴正向，沿烘干室宽度方向为Y轴正向，沿烘干室高度方向为Z轴正向。如图2所示为烘干室三维模型。

图2 烘干室三维模型

作为专业的FLUENT前处理软件，icem具有强大的几何修复能力[2]，基于此，本文选用icem对烘干室流场的三维模型进行数值模拟的前处理工作，将烘干室三维模型保存成x-t格式导入icem中进行网格划分，采用非结构化混合网格，对物料层网格选用多孔介质模型。如图3所示，生成的网格模型共有383474个网格节点和2045641个网格单元。

3 烘干室流场数值模拟

将网格文件导入FLUENT中进行求解，设置求解器为基于压力的稳态求解，选用绝对速度。湍流模型为Standardk-ε。定义材料属性为air，然后设置求解器中各边界条件：入口风速为8m/s，湍流强度1.03%，入口温度80℃；热风出口选用压力出口，压力大小为103125Pa。至此，各求解条件已设置完毕。如图4所示，为烘干室流场数值模拟结果。

图3 计算域网格模型

图4 烘干室整体气流分布云图

观察烘干室流场数值模拟结果可以得到：(1)烘干室入口及出口处的气流速度较大；正对热风入口的物料层附近气流速度明显高于其它物料层气流速度，气流分布更为集中；没有正对热风入口的物料层气流分布的均匀性比正对热风入口的物料层气流分布的均匀性要好；因此，热风入口位置对烘干室内气流分布的均匀性有较大影响。(2)位于隔流板上部烘干室回风通道处的气流速度较大且出风口附近出现气流旋涡；烘干室中部气流强度高，靠近烘干室内壁面的气流强度逐渐减弱。

4 结语

通过对热风式枸杞烘干箱内气流分布的分析得出，靠近热风入口处的气流强度较大，随着和热风入口距离的增大，烘干室内气流强度逐渐减小，烘干室后部气流强度最小。和长度方向气流分布规律一样，烘干室宽度方向也存在气流分布不均的现象，靠近烘干室左右内壁面的气流强度最小。总体来看，位于隔流板上方的气流强度高于隔流板下方气流强度，隔流板上方回风通道末端发生气流紊乱现象，左右两侧存在旋涡死角，这加剧了烘干室内气流分布不均现象的发生，进而影响枸杞烘干品质。针对这些问题，可以通过一定的优化方案来使得烘干室内的气流组织较为均匀，以保证枸杞均匀烘干，提高品质。