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茯茶烘房风扇强制对流传热数值仿真及优化

高晟扬  
【摘要】:茯砖茶作为一种越来越受到消费者喜爱的饮品,其生产品质和效率渐渐成为人们关注的焦点。而茯砖茶发花期间的各参数控制,直接影响了成品的品质。目前用于发花的茯茶烘房存在诸多问题,茯茶生产烘房的设计和使用主要依据生产经验,缺乏理论指导,烘房在生产中存在诸如温度不均匀的问题,导致生产的茯砖茶产品质量参差不齐。开展对茯茶烘房的温度分布的研究和优化对节约能源、提高产品品质具有重要意义。 本文以某茯茶企业典型烘房为研究对象,借助FLUENT软件平台,采用数值模拟计算的方法,建立茯茶烘房发花期的数学模型,分析烘房内速度场和温度场的分布特点。在此基础上,采用风扇强制对流的方法改善和优化烘房的流场、温度场分布。本文的主要研究内容和结论包括: (1)对烘房内茶砖的热物性参数进行了实验研究,采用线热源法得到茶砖的导热系数在0.04587-0.07198W/m-K之间,茶砖含水率为25%时,其比热容为2.125kJ/kg·K。 (2)建立了典型茯茶烘房在茯茶发花期的稳态三维模型。采用标准k-ε双方程模型和SIMPLE算法对烘房进行数值模拟,应用实测数据验证了仿真模型的可靠性。结果表明:烘房空气自然对流速度较低,且存在流动阻滞区域。烘房内温度上高下低的的分层现象明显,温度场分布很不均匀,最大温差接近5℃ (3)不改变现有供热方式,将烘房中部的水泥隔层改为网状隔层,并设计不同电风扇方案,结果表明:加装风扇后引起烘房内空气产生强制对流,空气流速显著增大,烘房内流场和温度场分布较为均匀。特别是两风扇方案,温度均匀性最好;若将茶砖置于烘房中部,在烘房两侧壁面加装风扇,流场和温度场均匀性的改善效果并不理想。 (4)在风速一定的情况下,分析两风扇方案在不同热源温度下烘房内温度场的变化规律,结果表明:要达到茯茶发花的工艺要求,热源温度控制在80℃-90℃的范围内最为合理。


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