不同机械通风实验研究及数值模拟

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机械通风技术作为粮食储运的一项重要技术,通过控制稻谷内部温度和水分来维持稻谷安全储藏。本文提出立体插管通风方式的通风系统并通过实仓实验研究立体插管通风干燥工艺。同时本文利用多功能实验仓,分别运用不同通风方式(地上笼通风、横向通风、全开孔通风)对稻谷堆进行通风降温实验,研究不同通风方式下粮层阻力变化。与此同时,在有限元理论的基础上,利用CFD(Computational Fluid Dynamics)商用软件Fluent 14.0对不同通风通风系统的降温实验进行数值模拟并与实验值进行对比验证。主要的研究成果如下:(1)立体插管通风稻谷品质研究。立体插管通风干燥,采用的是分层干燥的方式。通风干燥试验经过地上笼通风阶段、东半仓插管通风阶段、西半仓插管通风阶段后,各个稻谷层水分得到明显下降,且分层现象得到明显改善。通风干燥后稻谷品质出糙率、整精米率以及脂肪酸保持在良好品质范围内,且插管通风系统单位能耗为7.7KW·h/(1%H2O·t),成本较低值得推广。(2)不同通风方式下稻谷层温度场变化规律研究。机械通风降温的过程是分层降温的过程,外界冷空气在压力的作用下先与离进风口位置稻谷层稻谷进行热交换,直至冷空气到达稻谷堆的某个位置时与稻谷堆温度达到平衡。地上笼通风降温30h后,稻谷层0.5m、1.0m、1.5m、2.Om处的温度的下降幅度分别是10.2 ℃,8.3℃、6.7℃和 4.1℃;全开孔通风降温 30h 后 0.5m、1.0m、1.5m、2.0m 处的温度的下降幅度分别是11.1℃,8.1℃、6.3℃和4.7℃;横向通风降温30h后横向跨度 0.5m、1.5m、2.5m、3.5m 处温度的下降幅度分别为 12℃、9.8℃、8℃、5.3℃。(3)三种通风方式降温CFD仿真模拟。CFD仿真模拟技术可直观的展现不同通风方式下冷却前沿的移动规律以及通风降温过程中是否存在通风死角。模拟结果表明横向通风与全开孔通风降温过程中,通风死角问题得到相应的改善。对比不同粮层温度的模拟值与实验值,发现温度模拟值的变化趋势与实验值的变化趋势基本一致。与此同时,运用MATLAB软件对通风均匀性进行分析,结果表明横向通风与全开孔通风系统降温均匀性要优于地上笼通风系统。(4)不同通风方式下单位粮层阻力研究。三种通风方式下稻谷堆静压值与风速呈现线性相关,随着风速的增加静压值逐渐增加;稻谷堆静压值随着与离风口的距离呈现线性相关。对三种通风条件下的单位粮层阻力采用线性方程、二次函数曲线方程、幂函数曲线方程、指数函数曲线方程四种方程进行拟合,拟合结果说明二次函数和冥函数对单位粮层阻力拟合度优于线性函数和指数函数。本文根据工程计算推荐使用冥函数对单位粮层阻力进行描述,横向吸出式方程为Y = 3.95X1.33;地上笼吸出式方程为Y = 4.80X1.35;全开孔吸出式方程为Y = 7.71X1.11。
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