基于cfd的辣椒烘干箱的结构优化设计

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1、2015年9月农机化研究第9期基于CFD的辣椒烘干箱的结构优化设计鲁飞，王春耀，罗建清，郑兴帅，魏朋(新疆大学机械工程学院，乌鲁木齐830047)摘要:为了有效地达到烘干辣椒的效果，建立了辣椒烘干箱的三维计算流体力学模型和基于CFD分析的辣椒烘干箱的结构优化模型，并对辣椒烘干箱内空气的流场进行了模拟。然后，根据模拟的结果进行多参数的结构优化，得出较为合理的结构和参数，即入口角度在60°情况下，前后挡板高度为34cm时，上间隙为10cm前凸形挡板效果最佳。关键词:辣椒烘干箱;CFD;流场分析;结构优化中图分类号:S226．6文献标识码:A

2、文章编号:1003－188X(2015)09－0245－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.055为了研究烘干箱的流场分布，采用了理论和模拟0引言［11］实验相结合的方法:首先对无挡板的烘干箱进行分辣椒是茄科植物辣椒的果实，不仅是鲜食蔬菜，析;然后在烘干箱内加上2个挡板把烘干箱分成3个还因其富含维生素，有“维生素C之王”的称号，一直小箱来进行研究;再考虑改变挡板的形状和各挡板与［12］深受人们的喜爱。新疆地区是我国主要辣椒产区之上板的间隙进行研究;最后通过改变入口角度来进一，仅新疆每年辣椒产量就超过50

3、0万t，为辣椒加工一步完善流场的分布。［1］机械提供了广阔的发展空间。在辣椒加工过程中，2辣椒烘干箱的CFD建模与优化过程为了减少辣椒因阴雨天气导致的霉烂变质损失，提高辣椒品质，便于辣椒存储、加工和运输，烘干机械是一现有烘干箱的尺寸结构数据以及通风引风机的参［2］3个重要的环节。国外辣椒烘干在热风温度对辣椒数为:流量10000m/h、转速1450r/min、压强990Pa、［3－5］质量影响方面有一定研究。热风烘干在其他农产功率4kW、尺寸2450mm×1800mm×510mm。根据这品上的应用研究较多，如水稻、小麦、水果及其他经济些数

4、据，应用建立了模拟仿真三维实体模型。［6－7］作物的干燥等。2．1无挡板的模拟分析目前，新疆自治区市场上有一些辣椒烘干机，这在ANSYS中利用CFX模块进行辣椒烘干箱的流类烘干机可以达到一定的烘干效果，但还是存在一些场分析，分别设置的辣椒烘干箱的入口、出口和墙体。问题。问题主要是辣椒烘干不匀，造成一些辣椒已经在CFD中设置参数为:流体模型是ThermalEnergy;气烘干而另一些辣椒还没有达到烘干的效果。针对上体为AirIdealGas;根据已有的流量值以及入口截面述的问题，对现有的辣椒烘干机从流场分布进行分积换算得到入口风速近似为1

5、0m/s;根据相关文献查析，提出了改进方案并在实践中加以运用。结果表［13］阅得知辣椒烘干的最佳烘干气体温度为353．15K;明:根据初始无挡板的辣椒烘干箱的流场模拟分析的出口压强为1MPa。设置好之后，分析得到的无挡板结果以及相关资料，在烘干箱内加入挡板、改变挡板烘干箱的流场模型如图1所示。在此流场中可以清楚的形状和间隙，以及改变热风入口的角度来可以解决地看到在烘干箱内产生了2个较大的水平涡流;在涡［8－10］上述出现的问题。流中心位置产生了真空地带，这部分真空地带的空气流量十分的小，出口只有很少的流量流出。整体来看1方法这种烘干箱的

6、流场分布是极不均匀的，这样的结构显然是不合理的，从实际使用情况来看也证实了这一收稿日期:2014－09－19点。为此，对整体结构需要进行改进优化。基金项目:国家自然科学基金项目(51165042)作者简介:鲁飞(1989－)，男，安徽滁州人，硕士研究生，(E－mail)2．2有挡板的模拟分析lufei_ah@126．com。从图1中分析可以得到:为了满足实际生产需要，通讯作者:王春耀(1956－)，男，四川万源人，教授，硕士生导师，(E－mail)wangchun_yao@126．com。使得流场分布更为合理，让流量可以均匀的从出口流·

7、245·2015年9月农机化研究第9期出，根据有关资料查询得知加入挡板来改变流场分分流量会从间隙流向后方形成涡流，这种涡流在各个布。箱体中形成铅垂方向的涡流，使气体不断地在这个方向上循环，以保证速度更加稳定。(a)前后挡板高度17cm流场速度分布图图1无挡板烘干箱流场速度分布图Fig．1Flowfieldvelocitydistributionofnobaffledryingbox初步设想是在箱体中均等的布置2块挡板将烘干箱分为3个小箱来阻隔空气流动以达到破坏水平涡流，使流场的分布更加合理。分别做了4组模拟实验，设置挡板高度分别为:①前

8、后挡板高度均为17cm;②前挡板17cm后挡板34cm;③前挡板34cm后挡板17cm;④前后挡板均为34cm。流场的模拟分析结果(b)前挡板17cm后挡板34cm流场速度分布图如图2所示。从图2(a)的流