tidal热风干燥烘房气流速度场均匀性优化
ZHANG Wei;YAN Ping
【摘 要】针对常规干燥烘房存在气流速度场不均匀,导致木材干燥不均、干燥效果差的问题,课题组在常规干燥烘房的基础上,设置风机引导送风罩,利用FLUENT对设置3种规格送风罩的烘房进行数值模拟,结果表明600 mm×300 mm矩形出风口的引导送风罩可以使气流速度场均匀性达到最佳;将其与常规干燥烘房进行对比,结果表明设置600 mm×300 mm引导送风罩的干燥烘房能使气流速度更加均匀,气流均方差降低了2.5％,变异系数降低了4.0％.本研究可提高木材干燥的均匀性.
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2019(037)001
【总页数】5页(P83-87)
【关键词】干燥烘房;均匀性;引导送风罩;FLUENT软件;气流均方差
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灰姑娘的玻璃手机迅雷下载【作 者】ZHANG Wei;YAN Ping
【作者单位】;
德语四级
【正文语种】中 文
【中图分类】TS652
木材干燥烘房是木材制品加工的主要设备，目前我国干燥行业生产中使用的干燥设备80%以上是常规木材干燥设备[1]26。影响木材干燥效果的因素分为内部因素和外部因素，内部因素包括木材的种类、密度、厚度和干燥时的含水率等，外部因素主要是干燥烘房的气流温度、湿度和速度等[1]26。在内部因素无法改变的情况下，通过改变外部因素来改善木材干燥效果是主要的方法。干燥烘房内气流均匀性也是影响木材干燥质量的因素之一，干燥烘房内气流的均匀性与风机送风状况息息相关。课题组以实验室现有热风干燥烘房为基础，针对风机出口气流发散、气流分布不均匀等问题，通过调节风机引导送风罩的出口截面，达到调节干燥烘房内气流速度和方向的目的，使气流能够顺利的由水平风道转入竖直风道内，同时改善气流在水平方向上和竖直风道内的气流均匀性，提高常规热风干燥烘房的效率。
1 常规热风干燥烘房数值模拟计算九年级英语试题
1.1 热风干燥烘房工作原理新东方小语种
常规热风干燥烘房如图1所示。准备干燥的木材堆垛放入干燥烘房后，在各层木材之间形成水平气道。空气进入干燥烘房后由风机9进行加速，经过右侧散热器5加热升温后，经90°转入竖直风道11内，再经90°转入板材间水平气道。加热后的空气在板材间流动，吸收板材中析出的水分，从而降低木材含水率，热气流再通过左侧竖直风道2，返回风机9，完成一个循环。根据实际情况及干燥工艺要求，间隔一段时间风机反转，形成逆时针循环气流，以增加干燥均匀性。散热器一般采用蒸气作为热源，正向循环时右侧散热器通入高温蒸气，逆向循环时左侧散热器通入高温蒸气。因此，要使木材均匀干燥，必须保证干燥烘房内气流均匀性[2]。但是常规干燥烘房存在送风气流不均匀，导致木材干燥不均匀的问题，因此课题组在常规干燥烘房风机出口设置送风罩，应用FLUENT软件对不同规格的送风罩进行模拟计算，以选取使烘房内气流在水平和竖直方向上更加均匀的送风罩规格，达到干燥均匀的目的。
1—配电柜；2—左侧竖直风道；3—木材堆垛；4—圆弧导流板；5—散热器；6—进气口；
7—底托板；8—水平风道；9—风机；10—排气口；11—右侧竖直风道；12—密闭大门。图1 常规热风干燥烘房结构示意图Figure 1 Structure of conventional hot air drying kiln
1.2 常规干燥烘房数值模拟分析
1.2.1 干燥烘房建模与网格划分
实验室现有的干燥烘房外形尺寸为：43 000 mm×3 100 mm×2 600 mm。课题组采用ANSYS Workbench对干燥烘房内气流进行数值模拟，按照实验室干燥烘房1:1的比例进行数学建模，由于实际运行中干燥烘房需要正反循环运行，为了简化模型，课题组只对正向循环情况进行模拟计算。干燥烘房模型如图2所示，烘房上部配置2台风机，风机直径为505 mm，风机支撑框架位于中间位置；风机右侧为散热器，采用高温蒸气为热源；烘房下部为单层厚度为70 mm、间隔为40 mm的木材堆垛，共设置18层板材。对建立好的模型用ICEM进行网格划分，网格划分采用八叉树算法划分四面体网格，网格划分结果如图3所示。
图2 常规热风干燥烘房模型Figure 2 Conventional hot airdrying kiln model
图3 常规干燥烘房网格划分结果Figure 3 Mesh generation results of conventional drying kiln
1.2.2 数值模拟及结果分析
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利用ANSYS FLUENT软件进行数值模拟，选择基于压力的求解器，求解器速度方程类型选择绝对速度，时间类型选择定常流动，考虑重力影响，重力加速度设置为9.8 m/s2；开启能量方程，选取Realizable κ-ε 2方程湍流模型；2台轴流风机采用FAN边界条件；干燥烘房壁面及板材表面采用无滑移绝热壁面边界条件；散热器设置为固定温度壁面边界条件；烘房入口设置为压力入口边界条件，出口设置为质量出口边界条件[3]。求解方法采用速度与压力耦合方法SIMPLE算法，初始化进行计算[4]。在常规干燥烘房模拟结果中分别选择竖直方向与水平方向2个截面进行观察分析，竖直平面即X-Y平面选择Z=-1.9 m平面，水平平面即X-Z选择Y=2.65 m平面。在2个平面上的速度分布云图如图4和图5所示。
图4 常规烘房内X-Y截面上气流速度分布云图Figure 4 Airflow velocity contours on X-Y ction in conventional drying kiln
图5 常规烘房内X-Z截面上气流速度分布云图Figure 5 Airflow velocity contours on X-Z ction in conventional drying kiln
从常规热风干燥烘房内速度流场云图可以看出：①在X-Y平面上，风机出口气流较为发散，在由水平风道转入竖直风道时不够平滑，转入竖直风道后气流变得紊乱，使气流速度下降较快，同时导致气流流入板材间水平风道时沿高度方向速度不均匀，进而使得木材干燥不均匀，干燥质量差；②在X-Z平面上，风机出口气流呈单束狭长射流，2束射流之间形成涡流，射流即将转入竖直风道时尚未在Z方向上均匀分布，然后与壁面撞击散开，形成涡流，导致气流转入竖直风道后在Z方向上分布不均，干燥效果不佳。
dhea2 热风干燥烘房送风优化模拟
为了改善常规干燥烘房存在送风不均匀的问题，在风机处设置引导送风罩，以使风机能够更加均匀地送风，加设引导送风罩的干燥烘房建立模型如图6所示；引导送风罩三维视图如图7所示。风机引导送风罩进风口为直径为505 mm的圆形，由于出风口规格严重影响风机送风状况，又风机出口射流在X-Z平面上分布不均，为使风机送风在X-Z平面上分布均匀，转入竖直风道时恰好均匀散开，课题组对引导送风罩出风口设置3种不同的出口截面，分别
为：矩形出风口Ⅰ为宽500 mm，高300 mm；矩形出风口Ⅱ为宽600 mm，高300 mm；矩形出风口Ⅲ为宽700 mm，高300 mm。分别对设置3种规格的引导送风罩的干燥烘房进行建模、网格划分和数值模拟，其建模方法、网格划分方法、求解条件等均与常规热风干燥烘房相同[5-7]。数值模拟结果如图8～13所示。
图6 优化设计后热风干燥烘房模型Figure 6 Hot air drying kiln model after optimization design
图7 引导送风罩三维视图Figure 7 Three-dimensional view of air guide cover
图8 矩形出风口Ⅰ在X-Y平面速度分布云图Figure 8 Rectangular outlet airflowⅠon X-Y ction airflow velocity contours
图9 矩形出风口Ⅰ在X-Z平面速度分布云图Figure 9 Rectangular outlet airflowⅠon X-Z ction airflow velocity contours
ganda图10 矩形出风口Ⅱ在X-Y平面速度分布云图Figure 10 Rectangular outlet airflowⅡon X-Y ction airflow velocity contours
图11 矩形出风口Ⅱ在X-Z平面速度分布云图Figure 11 Rectangular outlet airflowⅡon X-Z ction airflow velocity contours
图12 矩形出风口Ⅲ在X-Y平面速度分布云图Figure 12 Rectangular outlet airflow Ⅲ on X-Y ction airflow velocity contours
图13 矩形出风口Ⅲ在X-Z平面速度分布云图Figure 13 Rectangular outlet airflow Ⅲ on X-Z ction airflow velocity contours
从图8～13气流分布速度云图可以看出：①矩形出风口Ⅰ在X-Y平面上看气流由水平风道转入竖直风道后，大部分气流聚积在烘房下部板材部分，考虑可能是因为出风口面积较小，导致气流速度过快，转向之后冲击到烘房下部；在X-Z平面上，可以看到风机出口气流在即将转入竖直风道时，在Y方向上速度尚未均匀分布，2股风机气流之间有涡流出现。②矩形出风口Ⅱ在X-Y平面上看气流由水平风道转入竖直风道后，能较为均匀地充满整个竖直风道，使气流速度沿木材堆垛方向上趋向均匀；在X-Z平面上，可以看出气流在平面上混合得比较好，速度也比较均匀，使气流在转入竖直风道内时速度均匀性保持得较好。③矩形出风口Ⅲ在X-Y平面上气流在由水平风道转入竖直风道时出现涡流，导致气流在竖直风道
内速度分布不均；在X-Z平面上，风机的2股气流过早地混合并相互扰动，导致在后面气流出现紊乱，转入竖直风道时气流速度分布不均匀。
