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锥形啤酒发酵罐传热机理研究

作　者: 岳婷
导　师: 刘楚芸
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 啤酒发酵传热机理数值计算 FLUENT
分类号: TS262.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 263次
引　用: 1次
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内容摘要

掌握啤酒发酵罐中发酵液的温度分布，是啤酒发酵过程控制工艺优化的基础，对啤酒罐的温度控制有非常重要的作用。本文研究了锥形啤酒发酵罐内发酵液的传热机理，采用自行开发程序计算和FLUENT软件计算两种方法对发酵液的速度场、温度场进行模拟，分析了不同时间啤酒罐内液体的流动换热情况，并与实验测得的结果进行了比较。本文的主要研究内容和研究成果如下：设计并搭建了一套小型啤酒发酵罐冷却系统实验装置，同时建立了相应的参数测量系统及温度测控系统；在装置上进行科学实验，对冷却过程中啤酒罐夹套的进出口参数以及罐内各测温点的温度进行测量，为啤酒罐传热机理的研究提供充足的数据样本。分析啤酒发酵罐传热机理，为大空间自然对流传热，在此基础上建立封闭腔内二维非稳态自然对流换热的物理模型，应用Navier—Stocks数学模型，采用控制容积法对方程以及边界条件进行离散化处理，对控制体划分均匀交错网格，运用Visual Fortran自行开发锥形啤酒发酵罐温度分布数值计算程序，对离散方程进行迭代求解。运用FLUENT软件，划分多重网格，对锥形啤酒发酵罐冷却过程中发酵液的速度场、温度场进行计算，对所得的不同时间的罐内流动及传热的情况进行分析，并结合自行开发的VF程序的结果进行比较。将VF程序计算值、FLUENT软件计算值和实验测量值进行比较，结果显示，三者具有相同的变化趋势，而且温度值也基本一致。可以得到结论：本文对啤酒发酵罐传热机理的分析与实际情况相符，运用VF程序和FLUENT软件都能对啤酒发酵罐的温度分布进行较为准确的模拟计算，这两种方法都可以为

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摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 引言(我国啤酒业发展现状)  10
  1.2 啤酒生产工业现状和需要解决的问题  10-11
  1.3 啤酒发酵罐冷却系统简介  11-12
  1.4 啤酒发酵过程的温度控制对象  12
  1.5 啤酒发酵过程简介  12-15
  1.6 课题的提出与研究内容  15-17
第二章啤酒发酵罐冷却系统实验装置的搭建  17-36
  2.1 建立实验装置的总体思路  17-18
  2.2 啤酒发酵罐冷却系统实验装置的搭建  18-22
    2.2.1 系统总体设计  18-19
    2.2.2 系统部件介绍  19-22
  2.3 发酵罐测试系统  22-28
    2.3.1 温度测量  23-27
    2.3.2 压力测量  27
    2.3.3 流量测量  27-28
  2.4 发酵罐温度控制系统的建立  28-32
    2.4.1 控制方案选择  28
    2.4.2 测控系统基本方案  28-30
    2.4.3 发酵过程温度PID控制策略及软件实现  30-32
  2.5 实验数据总结  32-35
  2.6 小结  35-36
第三章锥形啤酒发酵罐温度分布计算程序的开发  36-65
  3.1 基础方程  36-40
    3.1.1 啤酒罐传热机理的分析及物理模型的建立  36-37
    3.1.2 发酵罐传热微分方程  37-39
    3.1.3 初始条件的确定  39
    3.1.4 边界条件的处理  39
    3.1.5 方程参数的选择  39-40
  3.2 数值计算方法  40-52
    3.2.1 离散方法  40
    3.2.2 方程的离散化  40-43
    3.2.3 边界条件及不规则区域的处理  43-44
    3.2.4 连续性方程与运动方程式联立求解--SIMPLE解法  44-46
    3.2.5 差分方程的求解  46-47
    3.2.6 交错网格的导入  47-49
    3.2.7 SIMPLE法的求解步骤  49
    3.2.8 数值计算程序  49-52
  3.3 计算结果及讨论  52-60
  3.4 啤酒发酵罐内自然对流情况分析  60-63
  3.5 小结  63-65
第四章 FLUENT软件在啤酒发酵罐温度分布研究中的应用  65-85
  4.1 FLUENT软件简介  65-66
  4.2 FLUENT软件的计算模型和求解  66-69
    4.2.1 FLUENT软件的计算模型  66-69
    4.2.2 FLUENT求解方法  69
  4.3 啤酒发酵液流场和温度场FLUENT计算  69-73
    4.3.1 定义计算模型  70
    4.3.2 GAMBIT划分网格  70-71
    4.3.3 FLUENT求解器选择及边界条件的设定  71-72
    4.3.4 设定控制参数、初始化及计算  72-73
  4.4 计算结果分析  73-80
    4.4.1 计算结果比较  73-79
    4.4.2 端面式温度计可用性分析  79-80
  4.5 FLUENT软件计算结果与VF程序计算结果及实验结果的比较  80-84
  4.6 小结  84-85
第五章总结与展望  85-87
  5.1 总结  85-86
  5.2 展望  86-87
参考文献  87-90
致谢  90

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