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片状农业物料滚筒干燥计算机模拟

作　者: 杨艳
导　师: 戈振扬
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 滚筒干燥传热传质玫瑰鲜花瓣片状物料计算机模拟
分类号: S226.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文属于农业机械装备开发及农产品加工的范畴,研究对片状农业物料进行滚筒干燥的计算机模拟。作为农业生产的重要环节,农业物料干燥是农产品加工过程中的关键步骤,提高农业物料干燥技术水平,对减少物料损失具有十分重要的意义。农业物料的干燥方式主要有常压热风干燥、热泵干燥、真空冷冻干燥、微波干燥、远红外干燥、渗透干燥等。其中,常压热风干燥因其生产量大,操作简便,实际生产中广为采用,对其进行改进的研究也受到重视,探索结合流化床与固定床在常压条件下的滚筒干燥装置及其干燥过程,为农业物料干燥提供新方法。不同的农业物料有不同的物理等性质,因而有不同的干燥特性,需要不同的干燥工艺和设备。经验方法虽然能够指导干燥工艺及设备的研究,但往往具有很大的盲目性,因此对物料干燥特性进行研究分析,建立相关的数学模型,结合计算机技术对干燥过程进行模拟分析,深入研究采用不同干燥方法干燥各种物料的作用和效果,是对干燥过程进行优化设计和合理控制、确定适宜干燥操作模式的基础和依据。本文以玫瑰鲜花瓣作为片状农业物料的代表,分析其与干燥相关的特性,开发设计了专用滚筒干燥器,能够对物料中含有芳香物质的水分进行回收。其结构和工作过程的特点就在于它通过滚筒转动使物料上升到一定高度落下而与热空气接触,类似流化床干燥使物料流化,促进干燥介质与物料充分混合,增加物料接触干燥介质的表面积,强化气固两相之间的传质传热。论文研究的主要内容有以下几个方面：进行物料的干燥试验。试验包括热空气温度,滚筒转速及物料质量三个单因素试验与三因素三水平的正交试验,试验表明：热空气温度对干燥速率的影响最大,综合考虑干燥温度,滚筒转速,物料质量三个因素,找出优化干燥条件,并根据试验数据拟合出物料干燥的动力学模型,计算物料的有效扩散系数。研究分析片状物料滚筒干燥时的运动情况。将物料的运动分为上升,下降两个阶段讨论,并建立物料在滚筒内运动的数学模型,计算下落的时间、确定工作转速的范围。分析滚筒干燥过程中的传质传热情况。将滚筒干燥过程按时间间隔与周期运动相结合划分为有限个单元,根据质量平衡,能量平衡方程研究、分析单元内的物料水分和温度的变化,空气湿度和温度变化,建立相应的集中参数数学模型及物料瞬态传质传热分布参数数学模型。对片状物料的滚筒干燥进行模拟。运用MATLAB软件根据已建立的数学模型,编制滚筒干燥过程模拟程序并进行计算机模拟,对比玫瑰鲜花瓣模拟结果与试验结果,结果表明模拟具有一定的准确性。并预测不同干燥条件下滚筒内物料和空气的过程集中变化,预测片状物料瞬态的温度分布变化和水分分布变化。本文研究结果表明：片状物料滚筒干燥过程受到多个因素的影响,干燥过程模拟的方法能够预测干燥过程中不同物料量的变化,分析存在的问题对优化滚筒设备结构参数及滚筒工艺参数有着积极的参考价值和指导意义。

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摘要 4-6ABSTRACT 6-13第一章绪论 13-22 1.1 研究的背景与意义 13-14 1.2 片状农业物料干燥方法研究 14-16 1.2.1 片状农业物料干燥方法 14-15 1.2.2 常压热风干燥技术发展 15-16 1.3 模拟简述及干燥过程建模方法 16-19 1.3.1 模拟简述 16-17 1.3.2 数学模型建模方法 17-19 1.4 国内外研究概况 19-20 1.4.1 干燥模拟发展简介 19-20 1.4.2 转筒干燥模拟发展简介 20 1.5 研究内容和方法 20-21 1.6 本章小结 21-22第二章干燥理论 22-27 2.1 干燥机理 22-25 2.1.1 水分分类 22-23 2.1.2 水分扩散与气化 23-24 2.1.3 表面气化控制与内部扩散控制 24 2.1.4 干燥阶段的划分 24-25 2.2 干燥过程影响因素 25-26 2.3 小结 26-27第三章片状物料滚筒试验研究 27-48 3.1 试验条件及方案设计 27-32 3.1.1 试验装置及仪器 27-28 3.1.2 试验原料 28 3.1.3 试验方案 28-32 3.1.3.1 方案设计 29-30 3.1.3.2 数据处理 30-32 3.2 试验过程与结果分析 32-46 3.2.1 热空气温度试验 32-36 3.2.2 滚筒转速试验 36-37 3.2.3 投料量试验 37-39 3.2.4 正交试验 39-41 3.2.5 干燥动力学模型 41-43 3.2.6 水分扩散系数 43-46 3.3 小结 46-48第四章片状物料干燥过程运动分析 48-57 4.1 转筒内部结构 48-49 4.2 滚筒内部结构 49-50 4.3 单元的划分及有关参数计算 50-56 4.3.1 滚筒内物料的运动 50-52 4.3.2 工作转速的分析 52-56 4.4 小结 56-57第五章片状物料干燥过程数学模型 57-68 5.1 过程变化模型 57-60 5.1.1 平衡理基础理论 57-58 5.1.2 过程变化方程 58-60 5.2 热量损失 60-61 5.2.1 湿空气排除的热量 60 5.2.2 滚筒吸收的热量 60-61 5.3 物料热质传递模型 61-67 5.3.1 基础理论 61-64 5.3.2 传热方程 64-65 5.3.3 传质方程 65-67 5.4 小结 67-68第六章片状物料干燥过程的模拟 68-84 6.1 MATLAB简介 68 6.2 过程变化模拟 68-76 6.2.1 模拟过程 68-70 6.2.2 模拟结果分析 70-73 6.2.3 模拟与试验对比 73-76 6.3 物料热质传递模拟 76-82 6.3.1 传热模拟 76-79 6.3.2 传质模拟 79-82 6.4 小结 82-84第七章总结与展望 84-87 7.1 论文主要研究成果 84-85 7.2 创新点 85 7.3 展望及建议 85-87致谢 87-88附录 88-96 附录A 88-89 附录B 89-93 附录C 93-94 附录D 94-96参考文献 96-100

片状农业物料滚筒干燥计算机模拟

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