小型生物質(zhì)能源油菜籽分層床式干燥設(shè)備數(shù)值模擬及優(yōu)化.pdf

1、油菜作為我國(guó)主要的油料作物，在我國(guó)中南部地區(qū)廣泛種植，油菜籽采摘后干燥貯存是極其重要的一步加工環(huán)節(jié)。本課題組針對(duì)農(nóng)戶以低成本、低能耗、高效率為目的，自主設(shè)計(jì)制造了一種以半氣化生物質(zhì)燃燒爐燃燒秸稈、薪柴等生物質(zhì)能源作為熱源供給，通過(guò)換熱器加熱自然空氣，以互換通風(fēng)的方式進(jìn)行干燥的分層干燥床式小型油菜籽干燥設(shè)備。
　　本文以該設(shè)備為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)油菜籽的物理特性及干燥設(shè)備的干燥效果做了研究，以此為基礎(chǔ)運(yùn)用CFD（Computati

2、onal Fluid Dynamics）技術(shù)及多孔介質(zhì)模型，分析了干燥室內(nèi)單相流場(chǎng)的分布情況，研究了設(shè)備的干燥均勻性，并對(duì)內(nèi)流場(chǎng)氣流分布做了組織優(yōu)化以改善干燥均勻性。在較高的風(fēng)速條件下，采用歐拉雙流體模型，模擬分析了干燥室內(nèi)熱風(fēng)與油菜籽的氣固兩相流動(dòng)，研究了油菜籽的流化狀態(tài)。最后，采用不同生物質(zhì)燃料作為熱源供給，研究了設(shè)備的燃料消耗率。以下為主要研究結(jié)論:
　　(1)采用甲苯浸液比重瓶法對(duì)油菜籽的真實(shí)密度進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并用容重法

3、測(cè)定了其容積密度，試驗(yàn)結(jié)果表明，油菜籽的密度隨含水率的增大而升高，并依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算法獲得了油菜籽床層的孔隙率為e=0.392。采用篩分法獲得了油菜籽顆粒的粒度分布，并求得其平均粒徑為Dp=1.8mm。通過(guò)回歸分析可得油菜籽的含水率和溫度對(duì)其比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)的影響顯著，且呈正相關(guān)，并建立了比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)溫度和含水率的二維回歸方程。由于數(shù)值模擬中物料的參數(shù)輸入一般為常數(shù)，取初始含水率為25.7％時(shí)油菜籽的特性參數(shù)為模擬依據(jù)，即ρ容

4、=653.133kg/m3, C=3.528 KJ/kg·K,λ=0.167 W/m·K。
　　(2)在小型分層床式干燥設(shè)備樣機(jī)上進(jìn)行了油菜籽干燥試驗(yàn)，得出小型分層床式干燥設(shè)備能夠滿足干燥要求且干燥量大，使含水率降低到安全儲(chǔ)藏含水率(9％)以下所需的時(shí)間約為15h;干燥設(shè)備頂層及底層干燥效果較好，中間床層干燥效果較差;各個(gè)干燥床層中間部位干燥效果高于邊角部位。
　　(3)利用ANSYS Workbench平臺(tái)下的FLUENT

5、模塊對(duì)干燥室內(nèi)流場(chǎng)模型在2m/s及5m/s進(jìn)口風(fēng)速下進(jìn)行了數(shù)值模擬，從速度及壓降分布云圖得出單一縱向通風(fēng)時(shí)，風(fēng)速在縱向上變化較為明顯，橫向上分布較為均勻，物料層邊角區(qū)域及中間物料層風(fēng)速較低可能導(dǎo)致干燥不均勻，與試驗(yàn)結(jié)果一致。通過(guò)干燥室結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增加通風(fēng)管及橫向通風(fēng)層后，干燥室中間床層處干燥效率增加，整個(gè)干燥室內(nèi)氣流分布較為均勻，在雙向交替通風(fēng)情況下能夠有效地解決干燥均勻性問(wèn)題。
　　(4)分析得出了油菜籽的臨界流化速度，在較大進(jìn)口

6、風(fēng)速條件下，油菜籽物料層被吹動(dòng)而在干燥室內(nèi)形成氣固兩相流，在兩相流理論基礎(chǔ)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)干燥室內(nèi)油菜籽顆粒的流化狀態(tài)進(jìn)行了模擬，分析了氣固兩相流動(dòng)狀態(tài)，研究了顆粒相在不同時(shí)間不同截面處的體積分?jǐn)?shù)分布云圖，模擬結(jié)果表明油菜籽在干燥室內(nèi)處于較好的流化狀態(tài)，增大了油菜籽顆粒與熱風(fēng)的接觸面積和接觸時(shí)間，能夠更好地改善干燥質(zhì)量以及干燥均勻性，提高干燥效率。
　　(5)通過(guò)對(duì)生物質(zhì)固體成型燃料、梧桐樹(shù)枝、棉桿及油菜秸稈在半氣化生物質(zhì)熱風(fēng)爐

7、中進(jìn)行的燃料消耗率試驗(yàn)，分析了生物質(zhì)燃料的消耗率及消耗成本，結(jié)果表明，采用成型燃料消耗率為1.55kg/h，梧桐樹(shù)枝為2.41kg/h，棉桿為3.07kg/h，油菜秸稈為3.42kg/h。每小時(shí)消耗成本生物質(zhì)固體成型燃料為1.47元，梧桐樹(shù)枝、棉桿及油菜秸稈基本持平約為1元。采用半氣化生物質(zhì)燃燒爐及換熱器燃燒生物質(zhì)燃料作為干燥設(shè)備熱源供給能夠提高干燥設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性，并能夠減少煙氣排放保護(hù)環(huán)境。
　　本文通過(guò)CFD方法對(duì)小型生