cfd 在食品干燥过程及其干燥设备设计中的应用

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1、干燥技术与设备2013年第u卷第6期DryingTechnology&EquipmentCFD在食品干燥过程及其干燥设备设计中的应用张伟，任广跃，段续，刘云宏，朱文学(河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳471023)摘要：CFD是通过计算机数值计算和图像显示以定量描述流场的数值解，从而对物理问题进行分析研究。CFD兼有理论性和实践性的双重特点，其主要用途是对流态进行数值仿真模拟计算，能够对流态的温度场、速度场、浓度场等进行有效的指导和预测。本文综述了CFD数值模拟在食品干燥过程中以及干燥设备设计中的应用和发展前

2、景。关键词：计算流体动力学；干燥处理；干燥设备中图分类号：$226文献标志码：A文章编号：1727-3080(2013)06__JD031—05干燥技术的发展使农产品干制品的产量和CFD相当于利用计算机实现“虚拟”实验，销量与日俱增，但干燥过程是一个复杂的质热传从而仿真模拟空间内真实的流体流动情况。其基递过程，同时受到成本及生产技术的限制，在实本思想是把自然界中时问和空问域上连续的物际生产过程中干制品的质量很难得到有效的控理量，用一系列有限个离散点上的变量值的集合制。因此常常需要一种简便易行、直观有效的研来代替，利用

3、计算机求解流体流动过程中动量、究方法，以快速掌握农产品在干燥过程中性能参能量及质量等的N．S方程组，得出连续区域上的数的变化，从而获得农产品干燥参数的特征，并离散数值解，从而近似模拟流场内各个位置的传预测真实的干燥情况，为生产应用及干燥设备的热传质、化学反应和其他复杂的物理量的分布及优化设计提供依据。CFD(ComputationalFluid其随时间变化的情况【4J。Dynamics，计算流体动力学)作为解决复杂流体1．2CFD应用步骤问题的研究方法之一，通过求解纳维尔一斯托克采用CFD研究分析某一特定问题时，首先

4、要斯偏微分方程组(Navier-Stokes方程组，简称N—S将具体问题与专业知识相结合，通过数学语言表方程组)，用数学语言来描述特定流态区域内精达出来；然后使用CFD对研究对象进行一系列的细的温度场、速度场、浓度场等的运动规律¨】。处理、求解和分析；最后，利用软件对所分析的与传统的试验研究相比，CFD能够生动形象、快物理量进行计算机可视化或动画处理。因此，研速有效的模拟仿真空间内流体的变化特征，不仅究步骤可以分为3个过程I5]。能降低成本，而且具有很高的精准度[。目前，CFD已被广泛应用于食品干燥处理过程和干燥收稿

5、日期：2013—12—1。设备研发领域中L3J。基金项目：国家自然科学基金(31271972，U1204332)。作者简介：张伟(1989-)女，硕士研究生，主要从事农1．CFD模拟的基本原理和步骤产品干燥、加工及贮藏等方面的研究工作。通讯作者：任广跃(1971一)，河南科技大学食品与生物1．1CFD基本理论工程学院教授，通讯地址：河南省洛阳市河南科技大学校食品与生物工程学院邮编：471023。干燥技术与设备·32·DryingTechnology&Equipment2013年第11卷一是前处理过程。在数值运算进行的

6、所有操歇式托盘热风干燥器内气流的流动情况进行模拟，并通过实验验证了干燥程度不一致的原因，作处理统称为前处理。前处理环节是向CFD软件其主要是与物料在干燥器内各个空间位点上气输入所求问题的相关数据，包括构造计算域、划流速度的不均匀所致。F．GKieviet等UJ通过在分网格和定义边界J。构造计算域也是创建几何中试装置的喷雾干燥器中对气流流速进行测量模型的过程，建模前需要根据工程实际确定计算和建模时，发现CFD能够正确快速的预测流速较区域的形状，大小及空问的相对位置，通常需要低的边界区域。Bayly等[11]选择雷诺应力

7、模型作忽略一些无关轻重的细节简化模型以减小计算为气体湍流模型，模拟并测量了逆流喷雾干燥塔规模和问题的复杂程度。网格划分则是把实际的内的气流分布，发现测量与模拟的结果具有较好连续物理空间划分为离散的单元体的过程，目前拟合度。吴中华等【1]利用脉动气流喷雾干燥对主要的离散方法有有限差分法、有限单元法和有干燥室内气体流场进行数值模拟，分析得出干燥限体积法，其中有限体积法以守恒性自动满足和室上不存在涡流区，而在锥底则存在外部气体的计算效率高等特点被大多CFD软件采用。对网格回流现象。划分后，需要定义初始条件和边界条件，如入口

8、、出口、壁面边界等等。2．2两相湍流流动过程质热传递的数值模拟二是解算处理过程。根据前几步创建的几何两相间的质热传递模型用于定量描述能量模型，材料属性，物理模型，边界条件，初始场的转移和耗散，动量和质量的变换。通常选用欧信息及输出频率等信息进行求解。求解过程中需拉．拉格朗日(Eular-Lagrange)模型来模拟干燥要计算大量的方程，且每一过