帶式烘干機(jī)中水產(chǎn)飼料料層厚度對(duì)其表面風(fēng)速場(chǎng)分布的影響

張鵬飛，吳鵬鵬，張 琦※，陳 博，奚小波，張劍峰，張瑞宏

（1.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，揚(yáng)州 225127； 2. 國(guó)家飼料加工裝備工程技術(shù)研究中心，江蘇牧羊控股有限公司，揚(yáng)州 225120）

0 引 言

中國(guó)飼料工業(yè)起始于20世紀(jì)70年代中后期，經(jīng)過(guò)30余年的發(fā)展，已成為中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一[1-2]。從2012年起，中國(guó)的飼料產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)6年位居世界第一，是名副其實(shí)的世界第一大飼料生產(chǎn)國(guó)[3-4]。近年來(lái)，水產(chǎn)飼料市場(chǎng)發(fā)展更加迅速[5]。水產(chǎn)飼料經(jīng)過(guò)膨化之后密度低、脂肪含量高，有利于魚(yú)類的飼養(yǎng)與增肥[6-8]。可是，水產(chǎn)飼料經(jīng)過(guò)膨化之后含水率常高于20%，含水率過(guò)高將導(dǎo)致飼料易于發(fā)生霉變，不利于運(yùn)輸和儲(chǔ)存[9-10]。因此，膨化之后的水產(chǎn)飼料需要進(jìn)行烘干處理，之后通過(guò)噴涂得到所需要的產(chǎn)品[11-13]。

帶式烘干機(jī)廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)飼料的工業(yè)生產(chǎn)中[14]。帶式烘干機(jī)主要的工作原理是利用氣流穿透飼料，并且在此過(guò)程中降低飼料的含水率。料層厚度是飼料生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)之一。一方面，增加料層厚度意味著提升烘干機(jī)單位時(shí)間產(chǎn)量，從而降低了烘干機(jī)生產(chǎn)的能耗。另一方面，料層厚度的增加將會(huì)影響烘干機(jī)內(nèi)部的風(fēng)速場(chǎng)分布，進(jìn)而影響飼料的最終烘干水分。飼料烘干產(chǎn)量與飼料烘干后的水分均勻性是制約帶式烘干機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的2點(diǎn)關(guān)鍵因素。

計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics）目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于烘干機(jī)內(nèi)部氣流的模擬[15-22]。2010年，國(guó)外學(xué)者Amanlou等[23]針對(duì)柜式果蔬烘干機(jī)中氣流分布不均勻的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了 7種不同尺寸參數(shù)的烘干機(jī)。借助FLUENT軟件對(duì)7種烘干機(jī)的氣流場(chǎng)進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果選出 7種烘干機(jī)中氣流場(chǎng)分布最均勻的一種，并根據(jù)該烘干機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)建立真實(shí)的烘干機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。Amanlou等通過(guò)變換烘干機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)改善了烘干機(jī)內(nèi)部氣流分布的均勻性。2013年，江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所李奇[24]運(yùn)用數(shù)學(xué)及有限元理論對(duì)平板烘干機(jī)內(nèi)部熱傳導(dǎo)過(guò)程中溫度場(chǎng)的分布和熱能的利用效率進(jìn)行計(jì)算分析，并用CFD有限元分析軟件進(jìn)行模擬，成功模擬出平板烘干機(jī)中的溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的分布。模擬結(jié)果對(duì)烘干機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)有指導(dǎo)意義，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量水平的提高有所幫助。同年，國(guó)外學(xué)者M(jìn)artin等[25]提出，帶式烘干機(jī)中的氣流沿著輸送帶分布得不均勻是導(dǎo)致物料烘干不均勻的主要原因，并且導(dǎo)致帶式烘干機(jī)的能耗較高。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣流分布得不均勻是由于可調(diào)節(jié)閥的角度不正確，當(dāng)調(diào)節(jié)閥的角度調(diào)整到45°時(shí)，烘干機(jī)兩側(cè)的空氣流量是相等的。中南大學(xué)張航等[26]模擬了帶式烘干機(jī)中的氣流場(chǎng)，討論了物料層厚度、氣流速度、氣流溫度、氣流相對(duì)濕度 4個(gè)因素對(duì)于氣流場(chǎng)風(fēng)速分布的影響。模擬結(jié)果顯示物料層厚度對(duì)氣流風(fēng)速分布的影響最大，氣流速度其次，氣流溫度和氣流相對(duì)濕度影響最小。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)物料層厚度為 80 mm，氣流進(jìn)口速度為1.5 m/s，溫度為70 ℃，氣流相對(duì)濕度為0.24時(shí)，烘干機(jī)中的氣流速度分布最佳。

文獻(xiàn)研究涉及到關(guān)于飼料層厚度的氣流數(shù)值模擬，但還沒(méi)有在夏季常溫條件下,研究料層厚度對(duì)帶式烘干機(jī)的輸送帶上氣流分布影響并進(jìn)行分點(diǎn)測(cè)量。本文基于實(shí)際生產(chǎn)要求，借助國(guó)家飼料加工裝備工程技術(shù)研究中心搭建出烘干機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)，針對(duì)不同料層厚度進(jìn)行氣流的CFD仿真模擬及試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 模型的建立及網(wǎng)格劃分

本文中帶式烘干機(jī)模型基于實(shí)際的烘干機(jī)單箱體建立，由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和制造了試驗(yàn)平臺(tái)。圖 1為烘干機(jī)的三維模型與實(shí)物圖對(duì)比。其中，烘干機(jī)主要包括循環(huán)風(fēng)機(jī)，熱交換器，氣流出口，氣流進(jìn)口與料層。

圖1 烘干機(jī)三維模型與實(shí)物圖Fig.1 Three-dimensional dryer model and physical map

烘干機(jī)中的氣流走向如圖 2所示，空氣通過(guò)氣流進(jìn)口進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)部，在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下，依次通過(guò)熱交換器與循環(huán)風(fēng)機(jī)，進(jìn)入烘干機(jī)左側(cè)風(fēng)道。隨后，一部分空氣向上穿透上層飼料，一部分空氣向下穿透下層飼料，部分氣流穿透料層之后進(jìn)入烘干機(jī)右側(cè)風(fēng)道。部分氣流通過(guò)氣流出口排出烘干機(jī)（該部分氣流用虛線箭頭表示），與此同時(shí)，部分新的氣流通過(guò)氣流進(jìn)口進(jìn)入烘干機(jī)，保持烘干機(jī)內(nèi)部氣流總量恒定。

圖2 烘干機(jī)氣流走向預(yù)測(cè)Fig.2 Prediction of airflow direction inside dryer

按照實(shí)際生產(chǎn)需要，共計(jì)模擬研究了 3種不同料層厚度情況下的烘干機(jī)內(nèi)部氣流，分別為料層厚度為 20、30、40 mm時(shí)。烘干機(jī)三維模型的網(wǎng)格劃分精度設(shè)定在0.05 m，網(wǎng)格劃分完畢之后，3種料層厚度的烘干機(jī)模型網(wǎng)格數(shù)量分別為1 243 442（料層厚度20 mm），1 238 442（料層厚度30 mm），1 235 218（料層厚度40 mm）。

氣流湍流模型為基于雷諾平均N-S方程組（RANS）的模型，氣流的控制方程為標(biāo)準(zhǔn)k-ε方程，如下[27-31]

式中ρ為流體密度，kg/m3；k為湍動(dòng)能，J；t為時(shí)間，s；u為湍流速度，m/s；μ為動(dòng)力黏度，Pa·s；μt渦黏性，kg/(m·s)；τij為偏應(yīng)力張量的各分量，Pa；Sij平均速度應(yīng)變率張量；ε湍流能量的黏性耗散率，%；σk、σε為湍流普朗特?cái)?shù)，σk=1.0、σε=1.3；kφ、εφ為方程的壁面項(xiàng)，Pa；cε1、cε2經(jīng)驗(yàn)常數(shù) cε1=1.45、cε2=1.92；f2近壁衰減函數(shù)。

設(shè)定邊界條件的包括以下幾點(diǎn)：循環(huán)風(fēng)機(jī)參數(shù)，飼料參數(shù)，熱交換器參數(shù)，進(jìn)風(fēng)口參數(shù)，出風(fēng)口參數(shù)。循環(huán)風(fēng)機(jī)在模擬中被設(shè)定為壓強(qiáng)條件，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)性能曲線得出，當(dāng)試驗(yàn)平臺(tái)烘干機(jī)中的循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為30 Hz時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)壓強(qiáng)差為800 Pa。熱交換器在模擬中被設(shè)定為均勻多孔介質(zhì)。其中，滲透性為9 233 m-2，慣性阻力系數(shù)為143 m-1，數(shù)值為國(guó)家飼料加工裝備工程技術(shù)研究中心研究人員提供。研究只考慮料層厚度對(duì)于烘干機(jī)內(nèi)部氣流的分布影響，并不考慮烘干機(jī)熱交換器與內(nèi)部氣流之間的熱交換。烘干機(jī)的氣流進(jìn)口條件設(shè)定為壓強(qiáng)進(jìn)口條件，數(shù)值為一個(gè)大氣壓強(qiáng)。當(dāng)烘干機(jī)內(nèi)部部分氣流排出烘干機(jī)之后，外部氣流則會(huì)通過(guò)烘干機(jī)氣流進(jìn)口進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)部，保持烘干機(jī)內(nèi)部氣流流速不變。烘干機(jī)的氣流出口條件設(shè)定為速度出口條件。在烘干機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，利用風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)測(cè)出烘干機(jī)氣流出口處的氣流速度為6.6 m/s。模擬設(shè)定值與試驗(yàn)值保持一致。

烘干機(jī)的飼料層設(shè)定為均勻多孔介質(zhì)。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出飼料顆粒的當(dāng)量直徑Dd為3 mm，孔隙度φ為0.3。利用式（3）、（4）可求得飼料的滲透性1/α與慣性阻力系數(shù)C2[32]

經(jīng)過(guò)計(jì)算，飼料滲透性為 9.375×107m-2，慣性阻力系數(shù)為10 937.5 m-1。

2 試驗(yàn)過(guò)程

飼料為膨化性魚(yú)料3 t，運(yùn)送并放置在測(cè)試中心里備用。重復(fù) 3次并每次稱樣本 10 g，用游標(biāo)卡尺測(cè)量并得到當(dāng)量直徑為（3±0.1）mm。將 10 g樣品使用小型粉碎機(jī)（九陽(yáng)，型號(hào) JYS-M01）經(jīng)過(guò) 1 min粉碎成粉末。再使用水分測(cè)量?jī)x（賽多利斯公司，型 MA45型）測(cè)定飼料粉末的含水率。該含水率即為飼料烘干試驗(yàn)之后的含水率。在試驗(yàn)前后分別對(duì)飼料含水率進(jìn)行 3次測(cè)量，試驗(yàn)前測(cè)得飼料含水率為（9.50%±0.13%）。

將飼料平均鋪入烘干機(jī)中，對(duì) 3種不同的料層厚度（20、30、40 mm）的風(fēng)速場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。如圖3a所示，在飼料層表面上 9個(gè)點(diǎn)各自放置風(fēng)速傳感器（西門子，型號(hào)QVM62.1）。飼料層的面積為2 m×3 m，風(fēng)速傳感器擺放的9個(gè)點(diǎn)位置如圖3b所示。其中，邊界點(diǎn)距離飼料層邊界為0.3 m。在試驗(yàn)過(guò)程中，每次試驗(yàn)重復(fù)3次，每次試驗(yàn)過(guò)程為1 min，每5 s記錄1次各個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速值。試驗(yàn)在室內(nèi)溫度為30 ℃時(shí)候進(jìn)行。

圖3 風(fēng)速傳感器擺放位置及示意圖Fig.3 Location and placement of airflow velocity sensors

3 結(jié)果分析

3.1 烘干機(jī)內(nèi)部氣流矢量分析

3種不同的料層厚度（20、30、40 mm）的烘干機(jī)內(nèi)部氣流的模擬矢量圖如圖4所示。

圖4 3種料層厚度下的烘干機(jī)氣流速度矢量圖Fig.4 Airflow velocity vector of dryer at three feed thickness

由圖4可知，烘干機(jī)內(nèi)部氣流走向與圖2描述的氣流走向一致。氣流在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下，依次通過(guò)熱交換器與循環(huán)風(fēng)機(jī)，進(jìn)入烘干機(jī)左側(cè)風(fēng)道。隨后，氣流進(jìn)入烘干室，其中一部分氣流向上穿透上層飼料，一部分氣流向下穿透下層飼料，兩部分氣流穿透料層之后進(jìn)入烘干機(jī)右側(cè)風(fēng)道。氣流在右側(cè)風(fēng)道匯集之后，實(shí)際生產(chǎn)中部分帶濕氣流通過(guò)氣流出口排出烘干機(jī)，與此同時(shí)，烘干機(jī)外部氣流通過(guò)氣流進(jìn)口進(jìn)入烘干機(jī)。

由圖 4可以看出，當(dāng)氣流從左側(cè)風(fēng)道進(jìn)入烘干室，氣流速度達(dá)到最大值。當(dāng)料層厚度為20 mm，氣流速度最大值為27.23 m/s；當(dāng)料層厚度為30 mm，氣流速度最大值為30.66 m/s；當(dāng)料層厚度為40 mm，氣流速度最大值為33.35 m/s。氣流速度的最大值隨著料層厚度的增加而增加。氣流速度最大值出現(xiàn)在氣流穿透飼料層之前，是由于氣流遇到料層阻力之后，無(wú)法直接穿透料層，而是在烘干室內(nèi)部形成渦流，導(dǎo)致了氣流在穿透料層之前速度變大。

3.2 料層厚度對(duì)風(fēng)速場(chǎng)的影響

3.2.1 料厚20 mm時(shí)風(fēng)速場(chǎng)模擬與試驗(yàn)結(jié)果

表1為料層厚度為20 mm時(shí)上下層飼料表面9個(gè)點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值數(shù)據(jù)。圖5為料層厚度為20 mm時(shí)上下層飼料表面9個(gè)點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值對(duì)比圖，圖5a為飼料上層，圖5b為飼料下層。

表1 料厚20 mm時(shí)9個(gè)點(diǎn)風(fēng)速值Table 1 Airflow velocity values of nine points at 20 mm of feed thickness

圖5 20 mm料厚上下層9點(diǎn)風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值Fig.5 Simulated and experimental values of nine-point airflow velocity at 20 mm feed thickness for both layers

由圖5所示，當(dāng)料層厚度為20 mm，料層表面上下9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值大小分布趨勢(shì)一致。對(duì)于上層飼料，模擬值的風(fēng)速平均值為0.84 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.18，3次試驗(yàn)值的風(fēng)速平均值分別為0.67、0.66、0.66 m/s。風(fēng)速模擬值的最大值在點(diǎn)7處，為1.2 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最大值同樣在點(diǎn)7處，為0.9 m/s。風(fēng)速模擬值的最小值在點(diǎn)5處，為0.5 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最小值在點(diǎn)1、5、8處，為0.5 m/s。點(diǎn)7與點(diǎn)8的風(fēng)速模擬值比試驗(yàn)值大0.3 m/s，其余點(diǎn)的風(fēng)速模擬值相比試驗(yàn)值大0.1～0.2 m/s。

對(duì)于下層飼料，模擬值的風(fēng)速平均值為 1.3 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.45，3次試驗(yàn)值的風(fēng)速平均值分別為1.0、0.96、0.98 m/s。風(fēng)速模擬值的最大值在點(diǎn)8處，為2.0 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最大值在點(diǎn)1和點(diǎn)8處，為1.6 m/s。風(fēng)速模擬值的最小值在點(diǎn)7處，為0.7 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最小值在點(diǎn)2處，為0.4 m/s。9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值分布趨勢(shì)一直，但是 9個(gè)點(diǎn)之間數(shù)值大小差異較大。其中，點(diǎn)6與點(diǎn)7處的風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值相差最小，為0.1 m/s，其余點(diǎn)相差較大。通過(guò)對(duì)比，9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值普遍大于風(fēng)速試驗(yàn)值。

3.2.2 料厚30 mm速度值對(duì)比

表2為料層厚度為30 mm時(shí)上下層飼料表面9個(gè)點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值數(shù)據(jù)。圖6為料層厚度為30 mm時(shí)上下層飼料表面9個(gè)點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值對(duì)比圖，圖6a為飼料上層，圖6b為飼料下層。

表2 料厚30 mm上下層9個(gè)點(diǎn)風(fēng)速Table 2 Airflow velocity of nine points at 30 mm of feed thickness

由圖6所示，當(dāng)料層厚度為30 mm，料層上下表面9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值大小分布趨勢(shì)一致。對(duì)于上層飼料，9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值的平均值為0.66 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.21，而9個(gè)點(diǎn)3次風(fēng)速試驗(yàn)值的平均值分別為0.53、0.52、0.53 m/s。風(fēng)速模擬值的最大值出現(xiàn)在點(diǎn)7，為 1.0 m/s；而風(fēng)速試驗(yàn)值的最大值出現(xiàn)在點(diǎn) 9處，為1.0 m/s。風(fēng)速模擬值的最小值出現(xiàn)在點(diǎn) 1、2、5處，為0.4 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最小值出現(xiàn)在點(diǎn)2和點(diǎn)5處，為0.3 m/s。9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值普遍大于風(fēng)速試驗(yàn)值。其中，點(diǎn)7相差較大（0.4 m/s），其余點(diǎn)相差較小。

圖6 30 mm料厚上下層9點(diǎn)風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值Fig.6 Simulated and experimental values of nine-point airflow velocity at 30 mm feed thickness for both layers

對(duì)于下層飼料，9個(gè)點(diǎn)模擬值的平均值為0.92 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.26，3次風(fēng)速試驗(yàn)值的平均值分別為 0.54、0.53、0.53 m/s。模擬值的最大值出現(xiàn)在點(diǎn) 1、2、4處，為 1.2 m/s，試驗(yàn)值的最大值出現(xiàn)在點(diǎn) 4和點(diǎn) 5處，為0.7 m/s。模擬值的最小值出現(xiàn)在點(diǎn)7處，為0.4 m/s。風(fēng)速試驗(yàn)值的最小值出現(xiàn)在點(diǎn)7處，為0.3 m/s。通過(guò)對(duì)比，點(diǎn)7處的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值相差最小，為0.1 m/s，點(diǎn)1和點(diǎn)2處的風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值相差最大，為0.6 m/s，其余點(diǎn)風(fēng)速的模擬值與試驗(yàn)值相差較大，為0.3～0.5 m/s。

3.2.3 料厚40mm速度值對(duì)比

表3為料層厚度為40 mm時(shí)上下層飼料表面9個(gè)點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值數(shù)據(jù)。圖7為料層厚度為40 mm時(shí)上下層飼料表面9個(gè)點(diǎn)的模擬值與試驗(yàn)值對(duì)比圖，圖7a為飼料上層，圖7b為飼料下層。

表3 料厚40 mm上下層9個(gè)點(diǎn)風(fēng)速值Table 3 Airflow velocity of nine points at 40 mm of feed thickness

圖7 40 mm料厚上下層9點(diǎn)風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值Fig.7 Simulated and experimental values of nine-point airflow velocity at 40 mm feed thickness for both layers

由圖7所示，當(dāng)料層厚度為40 mm，料層表面9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值大小分布趨勢(shì)一致。對(duì)于上層飼料，9個(gè)點(diǎn)的模擬平均值為 0.71 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.18，3次風(fēng)速試驗(yàn)值平均值分別為0.47、0.48、0.48 m/s。模擬值的最大值在點(diǎn)7處，為1.0 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最大值出現(xiàn)在點(diǎn)8處，為0.7 m/s。模擬值的最小值在點(diǎn)2處，為0.4 m/s，風(fēng)速試驗(yàn)值的最小值出現(xiàn)在點(diǎn)6處，為0.3 m/s。通過(guò)對(duì)比，9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值普遍大于風(fēng)速試驗(yàn)值。風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值在點(diǎn)3、點(diǎn)6和點(diǎn)7處相差最大，為0.4 m/s。其余點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值相差較小，為0～0.3 m/s。

對(duì)于下層飼料，9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值平均值為0.77 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.13，3次風(fēng)速試驗(yàn)平均值分別為0.50、0.48、0.50 m/s。風(fēng)速模擬值的最大值為1.0 m/s，位于點(diǎn)7處，試驗(yàn)最大值為0.7 m/s，位于點(diǎn)7和點(diǎn)8處。風(fēng)速模擬值的最小值為0.6 m/s，位于點(diǎn)1和點(diǎn)3處，風(fēng)速試驗(yàn)值的最小值為0.2 m/s，位于點(diǎn)6處。9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值大于風(fēng)速試驗(yàn)值。通過(guò)對(duì)比，風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值相差最小為0.1 m/s，位于點(diǎn)3處，風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值相差最大為0.5 m/s，位于點(diǎn)6處，其余點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值相差較小，為0.2～0.4 m/s。

3.2.4 料層表面風(fēng)速試驗(yàn)值和模擬值誤差分析

當(dāng)料層厚度分別為20、30、40 mm時(shí)，飼料層表面風(fēng)速分布的模擬值與試驗(yàn)值的趨勢(shì)展現(xiàn)出一致性,證明了試驗(yàn)和模擬的可靠性。但是兩者還是存在差異的,料層表面9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值均小于對(duì)應(yīng)點(diǎn)位置的風(fēng)速試驗(yàn)值，且大部分點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值相差0.2～0.3 m/s，個(gè)別點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值相差0.4～0.5 m/s。這是由于在本文的仿真模擬過(guò)程中，烘干機(jī)三維模型是簡(jiǎn)化模型,忽略烘干機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)中的部分零部件（如驅(qū)動(dòng)前端上部和下部等），可能造成模擬中的計(jì)算出的風(fēng)阻值小于風(fēng)速試驗(yàn)值，造成一定的誤差。因此，在今后的研究中嘗試烘干機(jī)的整體模型可能更加精確的擬合試驗(yàn)值，從而預(yù)測(cè)料層表面風(fēng)速值。

3.3 飼料水分變化

在實(shí)際生產(chǎn)中整個(gè)烘干過(guò)程為15 min左右（根據(jù)物料尺寸和厚度有所變化），下層設(shè)置出料口?；诒敬卧囼?yàn)每次只有1 min，當(dāng)料層厚度為20 mm，下層飼料的表面風(fēng)速平均值為0.9～1.3 m/s，飼料的烘干之后含水率平均值為 8.15%，即水分降低 1.35%；當(dāng)料層厚度為30 mm，下層飼料的表面風(fēng)速平均值為0.53～0.92 m/s，飼料的烘干之后含水率平均值為 8.46%，即水分降低1.04%；當(dāng)料層厚度為40 mm，下層飼料的表面風(fēng)速平均值為 0.50～0.77 m/s。飼料的烘干之后含水率平均值為8.57%，即水分降低0.93%。由此可見(jiàn)，飼料的水分下降程度與飼料層厚度成反比，飼料表面的風(fēng)速值成正比，這是由于飼料層厚度越大，風(fēng)速阻力越大，飼料表面風(fēng)速值越小，飼料的水分下降程度越低。

表4 烘干前后飼料水分Table 4 Feed moisture content before and after drying

4 結(jié) 論

本文通過(guò)模擬 3種料層厚度情況下的烘干機(jī)內(nèi)部氣流風(fēng)速值，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證后得出以下結(jié)論：

1）3種料層厚度情況下的料層表面9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與試驗(yàn)值基本吻合。所產(chǎn)生的誤差可能源于模擬假設(shè)的一些參數(shù)設(shè)置。

2）當(dāng)料層厚度增加，料層表面9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值減小，飼料的水分下降趨勢(shì)減小。料層厚度的增加，導(dǎo)致了烘干機(jī)內(nèi)部氣流阻力的增加，在烘干機(jī)其余邊界條件不變的情況下，氣流阻力的增加會(huì)導(dǎo)致風(fēng)速值的降低，從而導(dǎo)致水分下降趨勢(shì)的降低。

3）通過(guò)比較料層厚度分別為20、30、40 mm時(shí)的料層表面 9個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值，當(dāng)料層厚度為40 mm時(shí)，風(fēng)速模擬值大小分布差異和風(fēng)速試驗(yàn)值大小分布差異較小，且風(fēng)速模擬值與風(fēng)速試驗(yàn)值相差同樣較小。

4）對(duì)于當(dāng)量直徑為3 mm、孔隙率為0.3的特定飼料，料層厚度為 40 mm最有利于料層表面風(fēng)速分布的均勻性，同樣最有利于提高烘干機(jī)的時(shí)產(chǎn)量。

5）對(duì)于3種厚度的上層飼料，風(fēng)速最大值常出現(xiàn)在距進(jìn)風(fēng)口較遠(yuǎn)長(zhǎng)邊處，最小值常出現(xiàn)在進(jìn)風(fēng)口左側(cè) 2測(cè)點(diǎn)及中間測(cè)點(diǎn)處，對(duì)于下層飼料，風(fēng)速的最大值和最小值隨著料層厚度的變化而在不同的點(diǎn)出現(xiàn)。這是由于上層飼料的測(cè)速點(diǎn)為氣流穿過(guò)料層之后（氣流穩(wěn)定），而下層的測(cè)速點(diǎn)為氣流穿過(guò)料層之前（氣流不穩(wěn)定）。