平板烘干机加热盘的改进及仿真分析

2022-03-23李亭亭李金梅王志丹翟雪静

粮食加工 2022年1期

李亭亭 ,李金梅，王志丹，翟雪静

（山东凯斯达机械制造有限公司，山东济宁 272000）

在浸出工艺中平板烘干机[1]对豆坯的干燥有举足轻重的地位，它因物料受热均匀、破碎率低、干燥时间短等优点而被广泛应用于食用植物油加工以及粮食贮藏与加工过程中的物料干燥。通过平板烘干机加热板的加热作用,油料中的水分经过液态转为气态的相变，使物料达到干燥目的，避免油料在贮存期间的发霉和发热生芽。

平板烘干机的加热盘决定着设备的烘干效果[2]，其结构在设计中起着至关重要的作用，旧式平板烘干机的加热盘大多采用角钢焊接，因角钢焊接时会产生局部高温导致加热盘形变，影响胚料的均匀受热，使胚料与加热盘表面的接触不均衡，导致部分物料吸收热量少，水分难以蒸发，影响胚料整体烘干的效果。现改进的加热盘采用冲压夹套点焊和加热盘上板的方式,冲压夹套采用专用设备冲压整块钢板形成若干个波浪形夹套，波浪形夹套分别焊接于加热盘上板下，新型加热盘下部通入水蒸气后，使上部加热底板受热均匀，能够更好地提高胚料的温度，换热面积大且焊接量小，也减少了因焊接部位集中造成的平板烘干机加热盘变形过大问题。在理论设计的基础上，采用基于Solidworks仿真软件的流体分析，用分析结果和数据验证设计的合理性,通过仿真云图，更加直观地反应热传递的效果。

1 加热盘结构对比

1.1 旧式加热盘

旧式加热盘[3]整体结构如图1、图2所示，结构参数如表1。角钢汽道如图所示焊接在加热底板上，角钢汽道与槽钢一面打通，底夹层a口通入温度为168℃饱和水蒸汽，水蒸汽穿梭在各个角钢的型腔里，通过热对流，热传导及热辐射的形式将热量传递给物料，达到烘干物料的目的，加热盘里冷却后的液体由b口排出。由图可见加热盘底夹层采用角钢焊接，这种结构不仅焊接量大容易导致加热盘形变，而且受热不均匀，温度梯度变化大，导致物料吸收热量少且不均匀，影响胚料烘干的效果。

表1 旧结构参数表

图1 旧式加热盘

图2 旧式加热盘切面图

1.2 新式加热盘

新式加热板结构如图3、图4所示，结构参数如表2，加热盘包括夹套和加热底板，夹套上有若干个波浪形型腔，若干个波浪形型腔分别焊接于所述加热盘底板上，波浪形夹套可模块化生产，在生产时采用冲压方式，形成定型规格，灵活应用于各种规格的平板烘干机加热盘上，同时波浪形夹套的内部流体能够形成高度湍流状态，使雷诺数大幅度提高，进而提高传热效率，且相对于折流结构，流体运动阻力压降损失较小。波浪形型腔尺寸如图5。

表2 新结构参数表

图3 新式加热盘

图4 新式加热盘切面图

图5 波浪形型腔尺寸

2 传热模拟分析

2.1 基于Solidworks flow simulation仿真软件分析

Solidworks flow simulation工具可使设计人员模拟真实条件下的液体和气体流动，在设计初期阶段，设计人员可以轻松模拟流体流动[4]、热传递和流体作用力，这些因素对设计的成功至关重要，为了便于分析两种结构的传热均匀性效果、体现新结构的优越性和更加直观地观察内部流动效果，利用Solidworks flow simulation中的流体分析功能，观察温度分布。

首先进入 flow simulation向导，创建计算项目，设置单位为SI制，分析类型为内部固体内热传导，默认流体为水蒸气，默认壁面设置为相同的参数，本实验中设置壁面热交换系数为25 W/(m2·k),施加固体材料为不锈钢，基本设置完成以后，分别对加热盘进口a口施加边界条件为168℃饱和水蒸气，速度为2 m/s，由于出口条件未知，统一出口边界条件设为静压，保持系统默认，具体设置参数见表3。然后对加热盘定义求解目标，网格划分运行后，最后绘制出两种结构流动迹线图及温度切面图（图6～图9）。

表3 分析项目设置表

图6 旧加热盘流动迹线图

图7 旧加热盘温度切面图

图8 新式加热盘流动迹线图

图9 新式加热盘温度切面图

2.2 图形对比及分析

从上图对比可见全局最高温度为168℃，为蒸汽进口时的温度，而最低温度为出口处温度，新加热盘最低温度为26.12℃，而旧加热盘最低温度为20.09℃，从温度切面图可以看出，新加热盘的切面温度分布均匀，从温度刻度标尺上可看出为120℃左右，梯度变化较小。而从旧加热盘的温度切面图可以看出，温度分布不均匀，具有阶梯型，进口处附近温度较大，而远离进口处温度成梯度变化较大。从流动迹线图可以看出，新式加热盘汽体流动迹线更加顺畅有序，没有回流现象，而旧加热盘流动迹线杂乱无章，甚至有回流现象。通过仿真分析，充分验证了新结构的合理性。