三七烤房两向循环仿真研究-《江苏农业科学》(2021年12期).docx

龙源版权所有 三七烤房两向循环仿真研究作者：牛天宝 朱云 王琼 董国辉 赵新宇 陈飞扬 国腾飞来源：《江苏农业科学》2021年第12期 摘要：为改进和优化三七密集烤房结构，提高烘烤质量，通过使用CFD方法分别对2种不同气流工作方式的烤房进行仿真模拟，根据仿真结果对烤房烘干室内温度场和气流速度场进行分析，提出不同气流工作方式对三七烘烤质量影响的假设，并根据速度云图和温度云图，提出了气流两向式烤房建设的方案，以及烘烤工艺改进意见，并进行了试验验证。结果表明，优化后的气流两向式烤房，其烘干室内部温度分布均匀度得到了提高，烘干后三七含水率较为均衡。新型三七烤房气流两向循环使用效果优于旧式烤房，能够解决实际生产中的问题，促进三七的工业化加工的发展。 关键词：三七烤房;两向循环;流体仿真;温度;热风干燥 中图分类号：S226.6 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2021）12-0185-05 收稿日期：2020-10-17 基金项目：国家自然科学基金（编号。 作者简介：牛天宝（1995—），男，河北衡水人，硕士研究生，主要从事农业机械化与装备工程研究。E-mail：1454334769@。 通信作者：朱 云，硕士，副教授，主要从事农业机械与车辆工程研究。E-mail：1285050436@。 三七是我国传统名贵中药材，具有活血化瘀、消肿定痛的药用功效，是云南白药等多种药品的主要成分[1]，对多种疾病都具有良好的疗效。干燥是三七药材加工中的重要环节，干燥处理后的三七，药性可以得到保持，而且可以延长保存时间，不易腐败变质[2]。目前，中药材的干燥加工方式主要还是传统自然晾晒和烘房干燥[3]。在中药材干燥方面的研究，主要集中在西洋参、何首乌、人参等药材，对于三七干燥的研究较少。 密集烤房采取热风干燥，具有易于控制、省工省力省时、装料大、烘烤质量高、节约能源等特点[4-5]。目前，密集烤房在国内外得到了广泛的推广和应用[6-9]，为实现工业化烘烤提供了基础，已经成为我国烘烤设备的发展方向。现存的密集烤房设备，在各个方面的研究已经取得了显著的效果，提高了烘烤质量和烘烤效率。但是针对三七密集烤房和三七烘烤工艺方面的研究较少，很多问题尚未解决。 为了提高三七烘烤质量和效率，众多学者已经对密集烤房进行了研究，区焕财等通过试验证明，影响三七干燥的因素依次排序为温度、风速、铺料密度[10]等。传统的气流上升和下降的工作方式，在烘烤质量和烘烤效率方面取得了一定的成果。但气流的单向运动方式，使烘干室内温湿度分布不均衡，使得三七容易烤坏。优化烤房结构，避免不利因素影响烘烤质量，是三七密集烤房设备的重要发展方向之一。 在分析气流速度场中，计算流体动力学（CFD）方法使用的越来越广泛，可以直观地模拟出烘干室内的温度场和速度场。CFD方法在温度场计算模拟方面具有优势，仅须要测量进风口的风速、温度和出风口的风速等较少信息就可以计算模拟出室内的温度分布规律[11]。陈重远等使用CFD方法对妊娠猪舍进行了温度场模拟，结果表明仿真温度和实测温度基本一致，模拟温度场和实际温度场吻合度较高[12]。白志鹏提出了一种密集烤房新结构，并结合CFD方法模拟仿真，分析其烤房温湿度[13]。 本研究拟采用CFD方法对气流上升式和气流下降式三七密集烤房进行仿真模拟，得出其温度场和流速的分布规律，以期能够在两向循环烤房的设计中，节省人工工作量，降低设备成本及维护成本。根据仿真结果，为气流两向循环烤房的设计提供理论依据，并通过试验进行验证。 1 材料与方法 试验选择在2019年11月进行，是三七收获并进行干燥的时间。本次三七干燥试验，以及自然干燥试验在云南省泸西县大直邑村（24°51′N，103°53′E）进行，海拔在2 000 m左右，11月泸西县天气干燥少雨，温度在15～25 ℃之间，以晴天和多云天气为主，比较适宜三七的自然晾晒，夜间及上午空气湿度比较大。 试验材料选自泸西县同一种植地点的三年生三七，对三七进行简单处理后，分别将新鲜采摘的三七简单处理后直接放入三七烤房中和大棚中进行自然晾晒，以避免其他因素的影响。 根据三七干燥數学模型，结合烘烤经验制定三七烘烤工艺（表1）。为了验证模拟的准确性和新型烤房的实际效果，使用TZS-Ⅰ型水分测量仪和电子秤等工具，通过测量烘干后三七的测量含水率、坏品率等数据，来验证气流两向循环烤房的效果，同时测量自然晾晒后三七含水率作为对照组。 2 三七密集烤房结构及工作原理 三七密集烤房的主要结构包括加热室和烘干室，工作时循环风机将加热室内产生的热风输送到烘干室各个角落，其结构见图1。目前，密集烤房的气流运行方式主要是气流上升式和气流下降式，是根据烘干室内气流运动方向区分的，如图1-a所示