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一种饲料烘干机的温度控制研究及其流场分布数值模拟

作　者: 李浩涌
导　师: 魏燕定
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 烘干机温度控制模糊PID 流场分布数值模拟
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着饲料工业的发展,人们对饲料的生产设备和加工工艺的要求越来越高。在膨化饲料的加工过程中,烘干是一个非常关键的工艺步骤。本文通过实验测定了带式饲料烘干机热交换系统的阶跃响应曲线,采用一阶近似法求取了数学模型,研究了模糊PID控制策略；同时,针对烘干效率低下、烘干不均匀等问题,利用CFD软件FLUENT对烘干室内的流场分布进行了数值模拟,最后提出了四个优化方案。全文分为以下几个部分：第一章首先介绍了课题的背景和研究意义,然后论述了饲料加工相关技术以及国内外研究现状,最后提出了本文的研究目标和研究内容。第二章对带式饲料烘干机热交换系统的阶跃响应曲线进行了实验测定,采用一阶近似法求取了数学模型,接着以热交换系统为控制对象,分别讨论了PID控制、模糊控制和模糊PID控制各自的优点和局限性,确定了模糊PID控制为热交换系统的控制策略,并对模糊PID控制器进行了设计,最后针对其数学模型分别采用PID控制和模糊PID控制在MATLAB中的Simulink模块下进行仿真实验,发现单纯地采用PID控制很难达到较好的控制效果,而模糊PID控制能增强对不确定性的适应性,从而实现对参数时变或模型不够精确的对象相对更好的控制。第三章介绍了带式饲料烘干机的结构和工作原理,提出了烘干室内气体在物料层的流动过程的数学模型,接着介绍了烘干室内流场数值模拟理论的基础知识,并进一步说明了数值模拟的方法和步骤,最后确定了烘干室内流场控制方程和边界条件处理。第四章利用CFD软件FLUENT对带式饲料烘干机烘干室内流场分布进行了数值模拟,对烘干室内流场的五个纵向剖面和五个横向剖面的数值模拟结果进行了分析。针对流场分布存在的问题及其产生的原因,提出了四个优化方案并分别进行了数值模拟和比较分析,发现设置挡风板方案在各个性能指标上有所提升,从而为带式饲料烘干机的改进提供了理论指导。第五章是总结与展望,总结了本文的主要工作,指出了本文的不足和今后努力的方向。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 饲料加工相关技术介绍  10-13
    1.2.1 膨化饲料加工工艺介绍  10-12
    1.2.2 饲料烘干理论介绍  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-17
    1.3.1 烘干设备的国内外研究现状  13-14
    1.3.2 烘干设备温控技术的国内外研究现状  14-15
    1.3.3 烘干设备烘干过程的国内外研究现状  15-17
  1.4 论文的主要研究内容和结构  17-18
  1.5 本章小结  18-19
第2章带式饲料烘干机热交换系统温度控制的仿真研究  19-39
  2.1 引言  19
  2.2 带式饲料烘干机热交换系统的工作原理  19-20
  2.3 热交换系统数学模型的建立及分析  20-24
    2.3.1 系统模型形式的确定  20
    2.3.2 阶跃响应曲线的测定  20-22
    2.3.3 由阶跃响应曲线求取数学模型  22-23
    2.3.4 热交换系统温度控制系统的特点  23-24
  2.4 热交换系统温度控制算法的研究  24-27
    2.4.1 PID控制  24-25
    2.4.2 模糊控制  25
    2.4.3 模糊PID控制  25-26
    2.4.4 温度控制算法的比较及分析  26-27
  2.5 热交换系统模糊PID控制器的设计  27-33
    2.5.1 隶属度函数的确定及模糊化  27-28
    2.5.2 PID参数模糊调整规则  28-29
    2.5.3 模糊推理及解模糊化  29-33
  2.6 热交换系统模糊PID控制的仿真研究  33-38
    2.6.1 PID和模糊PID控制的仿真建模和结果分析  33-35
    2.6.2 数学模型参数变化的影响分析  35-36
    2.6.3 控制方案抗干扰能力分析  36-38
  2.7 本章小结  38-39
第3章带式饲料烘干机烘干室内流场分布的数学模型和计算方法  39-53
  3.1 引言  39
  3.2 带式饲料烘干机的结构和工作原理  39-41
  3.3 烘干室内流场分布的数学模型简化  41
  3.4 烘干室内流场分布的数值模拟计算方法  41-43
  3.5 烘干室内流场控制方程的确定  43-50
    3.5.1 基本控制方程  43-45
    3.5.2 湍流模型  45-48
    3.5.3 控制方程组的求解  48-50
  3.6 烘干室内流场的边界条件处理  50-51
  3.7 烘干室内流场的数值计算流程  51-52
  3.8 本章小结  52-53
第4章带式饲料烘干机烘干室内流场分布的数值模拟及优化  53-74
  4.1 引言  53
  4.2 烘干室内流场的数值模拟  53-58
    4.2.1 三维模型的建立  53-54
    4.2.2 计算域的确定及网格划分  54-55
    4.2.3 物性参数的设置  55
    4.2.4 边界条件设置  55-57
    4.2.5 求解器的选择  57-58
  4.3 数值模拟结果与分析  58-61
    4.3.1 纵向剖面分析  58-59
    4.3.2 横向剖面分析  59-61
  4.4 带式饲料烘干机烘干方案优化  61-63
    4.4.1 烘干室内流场分布评价方案  62
    4.4.2 烘干室内流场优化方案  62-63
  4.5 优化方案的数值模拟及分析  63-73
    4.5.1 消除缝隙方案的数值模拟及分析  63-65
    4.5.2 设置挡风板方案的数值模拟及分析  65-68
    4.5.3 进气排气口同端面设置方案的数值模拟及分析  68-70
    4.5.4 进气排气口间隔设置方案的数值模拟及分析  70-73
  4.6 本章小结  73-74
第5章总结与展望  74-76
  5.1 总结  74
  5.2 展望  74-76
参考文献  76-80

一种饲料烘干机的温度控制研究及其流场分布数值模拟

内容摘要

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