【溫馨提示】壓縮包內(nèi)含CAD圖有下方大圖片預(yù)覽，下拉即可直觀呈現(xiàn)眼前查看、盡收眼底縱觀。打包內(nèi)容里dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽，需要原稿請自助充值下載，所見才能所得，請見壓縮包內(nèi)的文件及下方預(yù)覽，請細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：11970985或197216396
壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985
壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱： 新型粉料烘干殺菌機(jī)設(shè)計(jì)
所 在 學(xué) 院 ：
專業(yè)（班級(jí)）：
學(xué) 生 姓 名 ：
指 導(dǎo) 教 師 ：
評 閱 人：
院 長：
論文題目：新型粉料烘干殺菌機(jī)設(shè)計(jì)
總 計(jì)：
指導(dǎo)教師（職稱）：
評 閱 人：
完 成 日 期：
壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 新型粉料烘干殺菌機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
面對食品工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的物料形勢以及多樣的處理方式，其中對于食品粉料這一物料種類來說，處理要求也相當(dāng)高，對新型粉料烘干殺菌設(shè)備的需求量也很大。
新型粉料烘干殺菌機(jī)是具有烘干和殺菌一體化的機(jī)械設(shè)備，具有處理量大，去水率的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)主要是對烘干部分結(jié)構(gòu)的確定，包括烘干采用的具體方式，電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的選型，新型粉料烘干殺菌機(jī)的工況分析也是設(shè)計(jì)的一部分，設(shè)計(jì)部分還包括滾筒的設(shè)計(jì)計(jì)算和料斗的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
通過對新型粉料烘干殺菌機(jī)的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在利用solidworks輔助工具實(shí)現(xiàn)實(shí)體建模并作分析，證明設(shè)計(jì)的可行性，并優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，運(yùn)用CAD完成的零件圖為零件的加工提供了可行性。
關(guān)鍵詞 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；粉料烘干；結(jié)構(gòu)選型
Abstract
In the face of the development of the food industry, there have been a wide variety of materials and a variety of processing methods, which for the food powder material type, the processing requirements are quite high, the new powder drying sterilization equipment demand Too big
The new powder drying and sterilizing machine is a mechanical equipment with drying and sterilization integration. It has the characteristics of large capacity and water removal rate. The design is mainly to determine the structure of drying, including the concrete way of drying, Motor, reducer, transmission structure selection, the new powder drying sterilization machine conditions analysis is part of the design part of the design also includes the design of the drum and hopper part of the structural design.
Through the design of the structure of the new powder drying and sterilizing machine, the solidworks aids are used to realize the solid modeling and analysis, and the feasibility of the design is proved and the design content is optimized. The parts of the parts are completed by CAD feasibility.
Key words Mechanical design;Powder drying;Structural selection
目錄
1. 緒論 1
1.1 課題研究的應(yīng)用價(jià)值 1
1.2 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1
2. 方案的比較與選擇 2
2.1 帶式烘干機(jī)組成及工作原理及優(yōu)缺點(diǎn) 2
2.2 塔式烘干機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) 3
2.3 箱式烘干機(jī)工作原理及優(yōu)缺點(diǎn) 5
2.4 滾筒烘干機(jī)原理及優(yōu)缺點(diǎn) 6
2.5 烘干部分選型的確定 7
2.6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 7
3. 方案的總體設(shè)計(jì) 10
3.1 新型粉料烘干殺菌機(jī)預(yù)想簡圖 10
3.2 新型粉料烘干殺菌機(jī)工作原理 10
3.3 工況分析 11
4. 滾筒設(shè)計(jì) 12
4.1 物料吸熱計(jì)算 12
4.2 計(jì)算有效加熱面積 12
4.3 滾筒參數(shù)的確定 13
5. 電機(jī)選型 14
6. 減速機(jī)的選型 16
7. 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 18
7.1 鏈傳動(dòng)特點(diǎn) 18
7.2 鏈傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 19
8.滾輪部裝計(jì)算 23
9. 料斗螺旋式送料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 26
10. 總結(jié) 28
參考文獻(xiàn) 31
致 謝 32
附錄1：外文譯文 33
附錄2：外文文獻(xiàn) 34
8
1. 緒論
1.1 課題研究的應(yīng)用價(jià)值
中國是世界上最大的面粉、米粉消費(fèi)國，粉料類食品的生產(chǎn)安全與儲(chǔ)存很關(guān)鍵。目前使用的粉料類烘干滅菌設(shè)備中，由于生產(chǎn)條件及工藝的原因，常出現(xiàn)產(chǎn)品微生物指標(biāo)超標(biāo)、含水率達(dá)不到預(yù)期要求等原因?，F(xiàn)行設(shè)備的烘干部與滅菌部為分離式，體積大，成本高。新裝置采用滅菌、烘干一體化，可以縮減體積、降低成本，有效減低菌落數(shù)。故本研究具有一定的應(yīng)用價(jià)值及研究必要性。
1.2 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
目前粉料處理的目標(biāo)很廣泛，無菌蛋白粉、無菌面粉、辣椒粉、胡椒粉、豆奶粉、豆粉、麥片、黑芝麻糊、米粉、花粉、藕粉、龜鱉粉、珍珠粉、蔬菜粉及各類調(diào)味料、藥粉生產(chǎn)過程對粉料烘干殺菌劑的使用，需要完全滿足生產(chǎn)要求，新處理的產(chǎn)品以其優(yōu)質(zhì)、衛(wèi)生、營養(yǎng)成分高從而贏得廣大消費(fèi)者的歡迎。在各種袋盒包裝食品、天然營養(yǎng)品的加工過程中，為保持各種營養(yǎng)成分和微生物不被破壞，現(xiàn)在通常采用真空冷凍干燥和鈷60射線殺菌工藝，其缺陷是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長、設(shè)備投資大、可能會(huì)有輻射遺物、放射性殘留影響使用范圍，且能耗高，效率低。
新型粉料烘干殺菌機(jī)與原工藝相比，具有加工周期短、產(chǎn)品質(zhì)量好、低溫殺菌、保待營養(yǎng)成分等優(yōu)點(diǎn)，提高了效率，節(jié)省了電力，有很好的發(fā)展前景并能帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此設(shè)備包括自動(dòng)進(jìn)料，連續(xù)殺菌干燥，操作程序可控可調(diào)，設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作便捷，可大幅度降低傳統(tǒng)干燥方式的人力成本，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益，是規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)的最佳選擇，并且微波殺菌是一種高效、節(jié)能、穩(wěn)定、可靠、設(shè)備簡單、操作方便和新技術(shù)。但是也有缺點(diǎn)，基本建設(shè)費(fèi)用高，耗電量較大。
在目前，通常的干燥方式有三種，分別是機(jī)械脫水法、加熱干燥法、化學(xué)除濕法。機(jī)械脫水法是通過對物料加壓的方式,將物料中的部分自由水分?jǐn)D出，然后在沉降、過濾、離心分離等方法除水，機(jī)械脫水法雖然最為經(jīng)濟(jì)但達(dá)不到干燥的要求。化學(xué)除濕法是利用吸濕劑除去物料中的水分,由于吸濕劑的除濕能力有限,僅用于除去物料中的微量水，因此生產(chǎn)中應(yīng)用很少。
2. 方案的比較與選擇
目前，市場上的烘干機(jī)按其用途可分為民用和工業(yè)用途這兩種，按工作原理可分為帶式烘干機(jī)、塔式烘干機(jī)、箱式烘干機(jī)和滾筒烘干機(jī)等，其熱量來源都是通過電、煤、氣這三種方式。面對市場上對烘干機(jī)的高技術(shù)要求以及高工作效率，合理的選擇烘干機(jī)類型，可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)低耗能的高效率無污染新型烘干機(jī)。
2.1 帶式烘干機(jī)組成及工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)
(1)原理組成
帶式烘干機(jī)是一個(gè)長度較長的烘干設(shè)備，最主要的部分依舊是烘干裝置，還有輔助裝置說組成了帶式烘干機(jī)這個(gè)整體，物料通過傳輸裝置完成自動(dòng)上下料、熱氣流在氣流循環(huán)裝置中帶走物料中的水分，在氣流裝置中，設(shè)有自動(dòng)控制氣流大小氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)。物料通過加熱器均勻鋪在傳送帶上，由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)傳送帶將物料傳送到機(jī)體內(nèi)，在機(jī)體內(nèi)部，可以通過對改變氣流大小和溫度的高低來調(diào)節(jié)烘干的工作效率與去水率，在烘干過程中使物料與氣流充分接觸達(dá)到烘干均勻徹底的目的。
(2)優(yōu)點(diǎn)
帶式烘干機(jī)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單組裝方便，容易安裝能夠長期工作，使用壽命長，箱體內(nèi)部易于檢修和維護(hù)，設(shè)備的配置十分靈活，單元段可根據(jù)需要添加，氣流量、干燥溫度、物料烘干時(shí)間的調(diào)節(jié)易于操作，烘干效率可控，可以對熱氣流多次利用，去水率強(qiáng)度大、蒸發(fā)效率高，對于含水量大，容易透氣的物料比較適用。
(3)缺點(diǎn)
干燥不徹底，成品含水量較高，不適合透氣性差的物料的干燥，干燥機(jī)振動(dòng)大、運(yùn)行不平衡，主軸和軸承容易損壞，設(shè)備小故障多。
圖2.1 梯型帶式干燥機(jī)的單元組成
2.2 塔式烘干機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)
(1)塔式烘干機(jī)工作原理
塔式烘干機(jī)是一個(gè)大體積的的烘干機(jī)，主要是由五大工作部分所組成，首先是儲(chǔ)料段的工作方式，儲(chǔ)料段上有一個(gè)被稱為觀察窗的透明窗口，其主要作用是掌握烘干機(jī)內(nèi)烘干物的位置與多少。然后是有一個(gè)烘干段，它是此烘干機(jī)最重要的一部分，整個(gè)烘干物的烘干都會(huì)在烘干段完成，烘干方式是以熱風(fēng)的方式加熱帶走水分，對熱風(fēng)溫度的控制也是控制整個(gè)烘干設(shè)備效率的著手點(diǎn)，烘干機(jī)內(nèi)部排布著很多管道，用于將熱風(fēng)輸入到烘干機(jī)中并伴隨著水分排出烘干機(jī)外面，烘干機(jī)里面沒有設(shè)置管道的地方就是緩蘇段，此部分又可以處理掉烘干物中的部分水分，這部分也能保證烘干物良好的品質(zhì)。此時(shí)完成烘干的物料需要考慮儲(chǔ)存，此時(shí)剛完成烘干的物料其溫度與熱風(fēng)溫度相當(dāng)，需要做一個(gè)降溫處理，這個(gè)過程就是冷卻段的任務(wù)，有冷風(fēng)機(jī)將冷空氣送入到冷風(fēng)管道，最終經(jīng)過降溫處理的物料已將完成了整個(gè)烘干的過車程，該烘干機(jī)還有自動(dòng)卸料的功能，大大方面了物料的包裝，卸料段也是塔式烘干機(jī)的最后一部分。這個(gè)烘干機(jī)所烘干的物料也和很廣泛，但是并不適合油料類物料的烘干處理。
(2)優(yōu)點(diǎn)
有非常大的生產(chǎn)能力、具有降水幅度大的特點(diǎn)、取材容易切易于建造、機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單，具有較小的傳動(dòng)件，應(yīng)用普遍，易于操作。
(3)缺點(diǎn)
物料烘干不均勻、不徹底，設(shè)備占地面積較大，換向器必須要成一定的角度，對于這種情況下的設(shè)備安裝精度比其他部件的要求都較高，干燥和冷卻結(jié)構(gòu)在一個(gè)單元內(nèi)，但是由于冷卻段的距離較短，對于物料的冷卻效果并不會(huì)達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，烘干狀態(tài)不穩(wěn)定。
圖2.2.1 烘干塔工藝流程圖
圖2.2.2 塔式烘干機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.3 箱式烘干機(jī)工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)
(1)工作原理
箱式烘干機(jī)其實(shí)就是箱式果蔬烘干機(jī)的一個(gè)簡稱，是通過熱風(fēng)爐或者電熱管的加熱為烘干機(jī)提供熱源，通過熱風(fēng)的溫度的控制來調(diào)節(jié)烘干溫度，進(jìn)入烘干爐的熱風(fēng)由流風(fēng)機(jī)使它在箱內(nèi)穿透物料，并且可以在烘干爐中進(jìn)行往復(fù)循環(huán)，熱風(fēng)循環(huán)時(shí)間可通過物料烘干的具體要求而設(shè)定，烘干機(jī)內(nèi)部設(shè)有排潮口，使得烘干能夠達(dá)到有效和均勻
(2)優(yōu)點(diǎn)
箱式烘干機(jī)在烘干時(shí)間上來說很短，在烘干過程中物料不會(huì)發(fā)生粘連，主要特點(diǎn)是烘干過程中不需要人的時(shí)刻控制，自動(dòng)化程度較高，節(jié)省了大量的人力，烘干溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排潮的功能，整個(gè)烘干不破壞物料原有的形態(tài)和顏色。
(3)缺點(diǎn)
對風(fēng)機(jī)要求過高，烘干箱內(nèi)易受烘干面積影響，導(dǎo)致烘溫難以提升溫度，同時(shí)熱能的損耗大，烘干機(jī)的耗能會(huì)明顯增加，這些使得工作成本有所增加，最大的影響就是工作效率的下降，烘干機(jī)中多層烘架的的設(shè)計(jì)使得氣流的循環(huán)受到影響，箱體內(nèi)溫度分布有所不均，嚴(yán)重影響物料烘干的的均勻性和物料的烘干品質(zhì)，烘干整機(jī)所需金屬材料較多，一個(gè)是增加了整機(jī)的重量，另一方面是提高了整機(jī)造價(jià)。
圖2.3 箱式烘干機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.4 滾筒烘干機(jī)原理及優(yōu)缺點(diǎn)
(1)工作原理
滾筒烘干機(jī)通過滾筒的順時(shí)針回轉(zhuǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)，圓筒內(nèi)裝有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)并不旋轉(zhuǎn)，在滾筒的兩側(cè)裝有環(huán)形齒圈，它和滾筒之間組成了一個(gè)整體，在齒輪嚙合的驅(qū)動(dòng)下為滾筒的旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，滾筒會(huì)跟隨齒圈一同旋轉(zhuǎn)，滾筒外側(cè)的兩端安裝有鋼圈，它的作用類似于一種軌道式的結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)滾筒的回轉(zhuǎn)，在滾筒的內(nèi)部，其內(nèi)壁也會(huì)有縱向的抄板，這種超版的作用就相當(dāng)于將底部的種子炒起來，再伴隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，是種子可以較均勻地散落在底板，然后用均勻地?zé)犸L(fēng)流將種子吹佛，這樣就可以將種子內(nèi)部的水分較好的蒸發(fā)出來。待達(dá)到一定的時(shí)間，滾筒進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，谷物受到相對力的作用，會(huì)隨著導(dǎo)料板滑出.
(2)優(yōu)點(diǎn)
處理能力大，并且干燥強(qiáng)度大，熱效率高，熱量損失小，耗能與其他烘干機(jī)類型相比較最低，烘干成本低，簡便的設(shè)計(jì)使得烘干機(jī)整體體積小，轉(zhuǎn)筒制造材料為優(yōu)質(zhì)不銹鋼，筒體輕便且美觀，良好的材料性能使得它很耐用，使用壽命長，滾筒內(nèi)壁具有拋光不銹鋼內(nèi)籠，保證物料的傳送，次烘干機(jī)具有高效率循處理能力大，并且干燥強(qiáng)度大，熱效率高，熱量損失小，耗能與其他烘干機(jī)類型相比較最低，烘干成本低，簡便的設(shè)計(jì)使得烘干機(jī)整體體積小，轉(zhuǎn)筒制造材料為優(yōu)質(zhì)不銹鋼，筒體輕便且美觀，良好的材料性能使得它很耐用，使用壽命長，滾筒內(nèi)壁具有拋光不銹鋼內(nèi)籠，保證物料的傳送，次烘干機(jī)具有高效率循環(huán)排氣系統(tǒng)，結(jié)合內(nèi)籠的轉(zhuǎn)動(dòng)保證烘干的均勻與烘干效率，傳動(dòng)裝置采用三角帶對力進(jìn)行傳送，噪聲低，使用安全可靠。
圖2.4 滾筒烘干機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
2.5 烘干部分選型的確定
綜上所述，綜合考慮個(gè)類型烘干方式，對于粉料的烘干要求和粉料的物理特性來講，大成產(chǎn)能力的需要選擇滾筒烘干機(jī)最為合適，它的高效可靠、成本低使得選用滾筒烘干機(jī)具有可行性與設(shè)計(jì)價(jià)值。
2.6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
(1)齒輪傳動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)：齒輪傳動(dòng)需要運(yùn)作的空間比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命比較長，效率高，速度和尺寸選擇的范圍比較大；
缺點(diǎn)：齒輪的傳動(dòng)在兩距離遠(yuǎn)的傳動(dòng)軸來說不合適，傳動(dòng)過程中容易出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，若以齒輪傳動(dòng)的方式會(huì)提高成本，齒輪在制造過程以及安裝過程中，對精度的要求也很高，所以價(jià)格貴，一般低要求傳動(dòng)不常用。
圖2.6.1 齒輪傳動(dòng)簡略示意圖
(2)連桿機(jī)構(gòu)
優(yōu)點(diǎn)：潤滑較為方便，不易磨損，構(gòu)件成桿狀，傳遞的路線較長，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝要求低，成本少。
缺點(diǎn);連桿機(jī)構(gòu)桿件多，構(gòu)件繁多，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生誤差大，因此運(yùn)動(dòng)精度不高，并且運(yùn)動(dòng)效率有損耗，桿件在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)有產(chǎn)生動(dòng)載荷的產(chǎn)生，對于高速傳動(dòng)要求的裝置不適用。
圖2.6.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)示意圖
(3)帶傳動(dòng)
對 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較其他類型的傳動(dòng)方式簡單，傳動(dòng)的平穩(wěn)性強(qiáng)，造價(jià)低廉且可以緩沖減震，以及過載保護(hù)的特點(diǎn)
缺點(diǎn)：摩擦式的帶傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)以及打滑的現(xiàn)象，另外會(huì)有傳動(dòng)比不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
圖2.6.3 帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
從經(jīng)濟(jì)以及傳動(dòng)穩(wěn)定性和傳動(dòng)效率實(shí)際問題的綜合考慮擬采用帶傳動(dòng)與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組合的傳動(dòng)方式。
3. 方案的總體設(shè)計(jì)
3.1 新型粉料烘干殺菌機(jī)預(yù)想簡圖
圖3.1 新型粉料烘干殺菌機(jī)預(yù)想圖
3.2 新型粉料烘干殺菌機(jī)工作原理
粉料的烘干機(jī)滅菌機(jī)可實(shí)現(xiàn)烘干殺菌一體化，具有安全、可靠、高效、快速的新型設(shè)備。新型粉料烘干殺菌機(jī)總體可分為三大部份：料斗、箱體、出料傳輸。料斗的作用是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料功能，由發(fā)動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)的方式將力傳給減速器，經(jīng)過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、帶輪的傳送最終帶動(dòng)螺旋式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)將物料運(yùn)送到箱體中，并且?guī)в袛嚢钘U件，使物料快速均勻的進(jìn)入箱體。箱體中有滾筒以及氣流的輸送管道，在滾筒中實(shí)現(xiàn)烘干與殺菌的過程。出料口的動(dòng)力來源是單獨(dú)與料斗的點(diǎn)擊，它為滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)與出料提供動(dòng)力，也是以帶傳動(dòng)的方式傳遞動(dòng)力。物料經(jīng)過烘干和殺菌之后通過出料口排出。
3.3 工況分析
表3-1 已知參數(shù)表
規(guī)格型號(hào)
參數(shù)
生產(chǎn)能力 （t/h)
5
進(jìn)料溫度 ( oC)
20
出料溫度 (oC)
40--100
氣流流速 (m/s )
10m/s
氣流壓力（MPa）
0.4
去水率（%）
5
氣流密度（kg/m3)
2.12
滾筒轉(zhuǎn)速（rmp）
2－5
4. 滾筒設(shè)計(jì)
4.1 物料吸熱計(jì)算
(4-1)
—物料升溫?zé)崃浚╧J/h）
—水分汽化熱量（kJ/h）
(4-2)
C—物料比熱
其中面粉的比熱為1.13KJ/kg.K
=100-40=60°C
=5000kg/h
=5000×1.13×60=339000kJ/h
=m×△Q
m —面粉的初始含水量，
m=×5%
水的汽化熱△Q=2250kJ/kg
=5000×5%×2250=562500kJ/h
所以，所需總熱量Q=339000+562500=901500kJ/h
根據(jù)實(shí)際情況考慮，考慮干燥過程中熱量的損失，熱量損失假設(shè)以8%計(jì)算，則：
需要總熱量=1.08×Q=973620kJ/h
即需要蒸汽量為Z=973620kJ/h
4.2 計(jì)算有效加熱面積
面粉溫度由20攝氏度升高到100攝氏度
氣流壓力0.4MPa,氣流溫度140攝氏度
換熱面積計(jì)算：
(4-3)
式中Q—?dú)饬骼淠裏崃浚╧w）
Q=Z×△Q
氣流壓力△Q=2250kJ/kg,即為0.4MPa
K-傳熱系數(shù)
(4-4)
所以A=445.2㎡
4.3 滾筒參數(shù)的確定
滾筒體積： V＝×t/(ρ×β×60) ＝20.7 m3 （4-5）
式中： —(kg/h)
— 取 min
— ,
β— 裝滿系數(shù)，β＝0.3
筒體長度 L=V/(0.785×D2) ＝7.1m （4-6）
其中D=1.2 m
圖4.3 滾筒模型三維圖
5. 電機(jī)選型
此設(shè)計(jì)需要考慮主電機(jī)的選型，其電機(jī)主要作用是為滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，使得物料在烘干過程中充分與氣流接觸，達(dá)到高效均勻干燥的目的，合理的電機(jī)選型，能夠使新型粉料烘干殺菌機(jī)達(dá)到高效節(jié)能的生產(chǎn)目的。
電機(jī)電源取380V、50Hz
功率計(jì)算： （5-1）
式中：
β—裝滿系數(shù)，取β=0.3
所以：P＝0.0002×1.23×7.1×5×520×0.3×2＝3.83Kw
實(shí)際電機(jī)功率P電＝P÷85.5%＝3.83÷85.5%＝4.48Kw
取電機(jī)功率P電＝5.5 Kw。
參照電動(dòng)機(jī)選型手冊，考慮電動(dòng)機(jī)功率以及質(zhì)量和價(jià)格等因素選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是電機(jī)：Y132S-4。
其主要性能如表5-1所示：
表5-1 電動(dòng)機(jī)型號(hào)
型號(hào)
功率/KW
電流/A
電壓/V
頻率/Hz
轉(zhuǎn)速 /(r/min)
最大轉(zhuǎn)矩/
額定轉(zhuǎn)矩
功率因數(shù)（cos）
效率/%
Y132S-4
5.5
11.6
380
50
1440
2.3
0.84
85.5
圖5.1 電機(jī)模型
6. 減速機(jī)的選型
通過查詢部分減速機(jī)選型手冊選取R系列斜齒輪硬齒面減速機(jī)，減速機(jī)參數(shù)如表6-1所示
表6-1 減速機(jī)機(jī)及參數(shù)
型號(hào)
輸入功率/KW
輸出轉(zhuǎn)速 /(r/min)
傳動(dòng)比/i
輸出轉(zhuǎn)矩/Nm
級(jí)數(shù)
R133
5.5
11
126.84
4388
4
R系列斜齒輪硬齒面減速機(jī)，具有非常多的優(yōu)點(diǎn)比如體積相對于其他種類的減速器較小、重量也相對輕、承載能力反而比較高，效率高、使用的壽命也隨之增加，安裝容易方便，可供選擇的電機(jī)功率范圍廣，傳動(dòng)比分級(jí)也比較精細(xì)等，非常適合新型粉料烘干殺菌設(shè)備的
圖6.1 R型變速機(jī)安裝尺寸
圖6.2 R型減速機(jī)安裝尺寸參數(shù)
7. 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
鏈傳動(dòng)簡單來說是分為鏈條和鏈輪兩組分構(gòu)成的，鏈條與齒輪之間的嚙合與配合共同來完成力的傳遞，這種傳動(dòng)在傳動(dòng)性質(zhì)上是屬于是一種強(qiáng)迫性質(zhì)的里的傳動(dòng)，平常生活中經(jīng)?？梢钥吹胶芏鄼C(jī)械設(shè)備所采用鏈傳動(dòng)的方式，對于這種方式，我們生活中也是最熟悉不過的。
7.1 鏈傳動(dòng)特點(diǎn)
與其他傳動(dòng)裝置之間相比較，鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)很明確，其最主要特點(diǎn)是：鏈傳動(dòng)在保持平均傳動(dòng)比方面具有優(yōu)勢，傳動(dòng)更加平穩(wěn)，鏈傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)和打滑而造成不利影響，（封閉式鏈傳動(dòng)傳動(dòng)效率=0.95～0.98）；鏈條在傳動(dòng)過程中鏈條比較松弛，因此壓軸力就變得隨之較?。涣硪环矫嬗捎趥鬟f功率大，所以使過載能力變得比較強(qiáng)；在低速重載的傳動(dòng)情況下也能達(dá)到平穩(wěn)的傳動(dòng)，較好工作，鏈傳動(dòng)能適應(yīng)各種各樣的惡劣環(huán)境譬如塵埃較多、油污、有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生和強(qiáng)度很高的場合。但鏈傳動(dòng)也有一些明顯的缺點(diǎn)：比如瞬時(shí)的鏈移動(dòng)的速度和瞬時(shí)間的傳動(dòng)比并不一定一直為常數(shù)，工作中會(huì)有沖擊和噪聲的產(chǎn)生，并且磨損后就會(huì)使跳齒得現(xiàn)象容易發(fā)生，有一定適宜的運(yùn)用場合，特別是在載荷變化不大的場合不適宜在急速反向的傳動(dòng)中使用。
由于此設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)需要帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以選用雙排滾子鏈結(jié)構(gòu)能夠滿足傳動(dòng)的要求，分別是由內(nèi)鏈板與外鏈板、銷、套筒和滾子組成。如圖7.3所示。
圖7.1.1 鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
圖7.1.2 雙排滾子鏈結(jié)構(gòu)
7.2 鏈傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
表7-2 滾子鏈的規(guī)格及主要參數(shù)(摘自GB1243.1-83)
鏈號(hào)
節(jié)距p/mm
排距p1/mm
滾子外徑d1/mm
內(nèi)鏈節(jié)鏈寬b1/mm
銷軸直徑d2/mm
內(nèi)鏈板高度h2/mm
極限拉伸載荷(單排)Q/N
每米質(zhì)量(單排)q/(kg/m)
05B
06B
08A
08B
10A
12A
16A
20A
24A
28A
32A
40A
48A
8.00
9.525
12.70
12.70
15.875
19.05
25.40
31.75
38.10
44.45
50.80
63.50
76.20
5.64
10.24
14.38
13.92
18.11
22.78
29.29
35.76
45.44
48.87
58.55
71.55
87.93
5.00
6.35
7.95
8.51
10.16
11.91
15.88
19.05
22.23
25.40
28.58
39.68
47.63
3.00
5.72
7.85
7.75
9.40
12.57
15.75
18.90
25.22
25.22
31.55
37.85
47.35
2.31
3.28
3.96
4.45
5.08
5.94
7.92
9.53
11.10
12.70
14.27
19.24
23.80
7.11
8.26
12.07
11.81
15.09
18.08
24.13
30.18
36.20
42.24
48.26
60.33
72.39
4400
8900
13800
17800
21800
31100
55600
86700
124600
169000
222400
347000
500400
0.18
0.40
0.60
0.70
1.00
1.50
2.60
3.80
5.60
7.50
10.10
16.10
22.60
通過查閱上面，可選用10A型滾子鏈符合設(shè)計(jì)需要，節(jié)距p=15.875（mm），輸入轉(zhuǎn)速為11r/min,輸出轉(zhuǎn)速為5r/min,中心距可以調(diào)節(jié)，可以定期張緊。
傳動(dòng)比的計(jì)算：
=11r/min
=5r/min
中心距的確定：
從前滾子鏈選型型號(hào)可得節(jié)距P=15.875mm。傳動(dòng)比 =2.02。
取主動(dòng)鏈輪齒數(shù)=20,從動(dòng)鏈輪齒數(shù)=44
最小中心距計(jì)算：
=0.2×20×（2.02+1）p=12.08p
鏈長節(jié)數(shù)X0的計(jì)算：
(7-1)
所以X=58
鏈條長度L計(jì)算：
L=XP/1000=58×15.875/1000=0.92mm
鏈速v計(jì)算：
(7-2)
理論中心距計(jì)算：
(7-3)
經(jīng)過計(jì)算得=211.32mm
實(shí)際中心距計(jì)算：
慮鏈條松邊安裝垂度的合理性，理論中心距相對于實(shí)際中心距會(huì)產(chǎn)生差距，合理的情況是實(shí)際的中心矩會(huì)小一點(diǎn)，即,△為(0.002-0.004)，某些鏈條的中心距可以做一些需要的調(diào)整，其可取較大值，可取 。
=211.32-211.32×0.004=210.47mm
有效圓周力F計(jì)算：
作用在軸上的拉力計(jì)算：
(7-4)
其中：，；
。
低速鏈傳動(dòng)的靜力強(qiáng)度計(jì)算：
低速鏈傳動(dòng)通常要求鏈條傳動(dòng)速度低于某一特定的數(shù)值，在本設(shè)計(jì)中速度為v≤0.6m/s，在這種速度極低的傳動(dòng)條件下鏈條的受力主要是靜強(qiáng)度載荷，綜合考慮受力情況可發(fā)現(xiàn)抗拉的靜力強(qiáng)度是不滿足要求的，所以容易遭到破壞的可能性很大，在新型粉料烘干殺菌機(jī)的設(shè)計(jì)中，物料入料速度是可控制的，因此傳動(dòng)的速度是可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)的，難免也會(huì)遇到速度低于0.6m/s的情況，所以進(jìn)行抗拉靜力強(qiáng)度的計(jì)算是十分必要的，最主要的原因就是當(dāng)鏈條的傳動(dòng)速度處于很低的情況是，所需要的圓周力通常要遠(yuǎn)大于離心拉力和懸垂拉力，因此可得到緊邊的拉力。
(7-5)
其中：—鏈排數(shù)，取；
—雙排鏈的極限拉伸載荷，經(jīng)查；
—工況系數(shù)，經(jīng)查；
F—有效圓周力;
[S]-許用安全系數(shù)，[S]=4~8
，因而鏈條在低速運(yùn)行時(shí)安全。
8.滾輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
滾輪所選用的材料品質(zhì)為ZG310-570，經(jīng)過調(diào)質(zhì)過程的處理之后，強(qiáng)度可以達(dá)到HB220～250，輪面經(jīng)過淬火處理之后可以達(dá)到HRC45的標(biāo)準(zhǔn)，
滾圈所選用的材料品質(zhì)為ZG270-500，并且經(jīng)過正火過程的處理之后硬度可以達(dá)到:HB200～220
接下來按照線接觸強(qiáng)度來進(jìn)行計(jì)算，
由已知的傳遞效率計(jì)算筒體可以傳遞的有效動(dòng)力
（、為減速機(jī)、齒輪效率分別為96%、96%）
筒體的轉(zhuǎn)矩
單個(gè)滾圈外圓處的圓周力
（為滾圈直徑,其值為D1=1.52m）
單個(gè)滾輪的法向壓緊力N
(載荷的系數(shù)；摩擦的系數(shù)選取為0.15）
接觸應(yīng)力的計(jì)算過程如下如下：
(8-1)
Fn：單個(gè)滾輪在法線方向上承受的載荷；
計(jì)算單個(gè)滾輪的法向壓緊按照公式:
取角度的值為30度
當(dāng)計(jì)算綜合彈性模量的時(shí)候按照4個(gè)滾輪進(jìn)行計(jì)算較為準(zhǔn)確，可以得到E的計(jì)算公式：
，此處，
、：彈性模量
鋼的彈性模量有一范圍即～20.6（Mpa）
同理鑄鋼也有最為合適的取值范圍即E=17.2～20.2×104 N/mm2
滾圈寬度b
滾輪和滾圈的接觸長度為b0
對于外接觸，綜合曲率半徑ρ（mm）
、為滾輪和滾圈的半徑。
(8-2)
經(jīng)過圓整處理之后取值為100。
可以根據(jù)赫茲線的接觸強(qiáng)度的公式計(jì)算直徑d：
(8-3）
若則
則有
:半徑（mm）
:許用接觸應(yīng)力，N/mm，
F：附著力，
=63150N （8-4）
：附著系數(shù) 取
Ga：滾輪上的全部作用力，
Gz用4個(gè)滾輪進(jìn)行計(jì)算，詳細(xì)過程如下：
滾輪與滾圈中心夾角α（取66°），則：
＝
（G:筒體旋轉(zhuǎn)工作的部分以及物料的總體質(zhì)量）
圖8.1 滾輪總裝圖
圖8.2 滾輪總裝結(jié)構(gòu)圖
9. 料斗螺旋式送料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
斗螺旋式送料干直徑D以及輸送軸的轉(zhuǎn)速n的計(jì)算由公式：
(9-1)
Q--送料的能力，根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)要求，值取為5t/h；
K--特征系數(shù)，k在這里取值0.04；
Ψ--填充系數(shù)，在這取0.34；
C--傾角的系數(shù)，取1.0；
ρ--材料物自然狀態(tài)系數(shù)，取值為0.50t/m3，
這樣可以算得：
圓整取值為0.2m。
另外根據(jù)?運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊?有公式：
（9-2）
公式中的A--材料物的綜合系數(shù)，根據(jù)參考資料查值，取值為75最為合適。
由此可得：
根據(jù)參考資料又有公式：
將上方確定的數(shù)值代入上式，可計(jì)算出：
同樣經(jīng)過圓整之后，取為Q=115r/min。
（9-3）
將D和n圓整之后的值代入公式，對填充的系數(shù)進(jìn)行后續(xù)驗(yàn)算：
符合所取的值，所以D和n的值是合適的。
（9-4）
輸料桿送料的軸向速度的計(jì)算有公式:
V--向前推進(jìn)速度（m/s）；
S--螺距（0.2m）；
n--轉(zhuǎn)速（r/min）;
由此可得推進(jìn)速度。
圖9.1 螺旋入料裝置
10. 總結(jié)
從根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，做了以上的說明與計(jì)算，最終確定其生產(chǎn)能力為5t/h，相對面粉的去水率高達(dá)5%，不同的物料其去水率有所不同，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體物料類別與物料的烘干要求，做具體說明。整機(jī)尺寸為7642x5990x5542mm,額定電壓為380v.額定功率為5.5kw。整機(jī)的設(shè)計(jì)效果圖與裝配圖見下圖所示：
圖10.1 新型粉料烘干殺菌機(jī)總裝模型圖
圖10.2 新型粉料烘干殺菌機(jī)總裝圖
圖10.3 料斗總裝裝效果圖
圖10.4 料斗裝配圖
圖10.5 出料傳動(dòng)結(jié)構(gòu)效果圖
參考文獻(xiàn)
[1] 焦有宙、潘曉慧等. 生物質(zhì)粉料雙套管氣流式烘干機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2011, 27(6): 123-127.
[2] 艾爾肯、馬合穆等. 粉狀食品微波殺菌工藝研究[J]. 中國食物與營養(yǎng). 2011, 11(1): 28-32.
[3] 楊曼璐. 食品微波殺菌技術(shù)的研究及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 食品加工設(shè)備. 2010, 21(14)：74-77.
[4] 沈海亮等. 微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技. 2012, 16(3): 61-65
[5] 王瑞、張慜等.麥苗粉的微波殺菌[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào).2009, 4(2): 34-37.
[6] 武杰、朱飛、趙穎.五香豆干微波殺菌真空包裝加工工藝研究[J].大豆科學(xué). 2011, 20(08): 25-30.
[7] 劉高福、吳次南、周碧君. 不同微波功率對自來水中細(xì)菌殺菌效果的研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2010(5):25-28.
[8] Lin W，Sawyer C. Bacterial survival and thermal responses of beef loaf aiter microwave processing[J]. Micro power electronic energy. 2011, 23(3):183-194.
[9]游新俠, 郭楠楠, 吳麗. 食品機(jī)械用潤滑油酸堿度的動(dòng)態(tài)變化[J]. 食品工業(yè), 2016(10): 186-189.
[10]孫姍, 王國扣, 丁少輝. 食品機(jī)械衛(wèi)生設(shè)計(jì)基本要求[J]. 食品安全導(dǎo)刊, 2016(7): 49-51.
[11]黃平，劉建素等. 常用機(jī)械零件及機(jī)構(gòu)圖冊[M]. 北京. 化學(xué)工業(yè)出版社.1999
[12]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2002
[13]王俊發(fā). 農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010
[14]張金蘭，夏長發(fā). 中小型電機(jī)選型手冊[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，1989
[15]張展，減速器設(shè)計(jì)選用手冊[M]. 上海科學(xué)技術(shù)出版社，2002
致 謝
首先我最想要感謝的是我的指導(dǎo)老師鄭雙陽老師對我的悉心教導(dǎo)，由于是一邊實(shí)習(xí)一邊做畢設(shè)的情況，回學(xué)校的時(shí)間并不多，但老師通過網(wǎng)上聯(lián)系的方式還是在耐心的幫我解答疑問。其次感謝母校大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院所有老師對我的培養(yǎng)，讓我從一個(gè)什么都不懂的小少年轉(zhuǎn)變?yōu)閷C(jī)械有所了叫的畢業(yè)生，通過大學(xué)期間的學(xué)習(xí)，，使我建立起了一種比較完善的分析問題和解決問題的能力，正是有了這樣科學(xué)的分析和思考問題的方式，才能使我克服畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的一系列問題，同時(shí)這在我以后的生活、學(xué)習(xí)和工作中也將起到至關(guān)重要的作用。
附錄1：外文譯文
出處：Jeon S O, Cho S H, Song G Y, et al. Two‐Phase Flow Analyses In Rotory Dryer With Agitator[C]//THE 10TH ASIAN INTERNATIONAL CONFERENCE ON FLUID MACHINERY. AIP Publishing, 2010, 1225(1): 375-381
對帶有攪拌器回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)的兩相流分析
Seong-Oh Jeona, Sung-Hoon Choa, Geun-Yong Songb and Youn-Jea Kimc
a 韓國成均館大學(xué)機(jī)械工程研究院
b 哥倫比亞頂級(jí)國際環(huán)境有限責(zé)任公司
c 韓國成均館大學(xué)機(jī)械工程研究院
摘要：裝有攪拌器的回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)是一種結(jié)合了熱空氣對流干燥和回轉(zhuǎn)干燥的裝置。決定烘干效率的重要設(shè)計(jì)因素之一是內(nèi)室的流動(dòng)特性。其取決于形狀、材料、葉輪的旋轉(zhuǎn)速度和熱空氣的速度。在這項(xiàng)研究中，我們采用美國ANSYS公司的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）中的CFX軟件計(jì)算了在各種條件中干燥室的流場。由于干燥室里的內(nèi)部流是由熱空氣和水蒸汽組成的，我們進(jìn)行了兩相流的數(shù)值分析。我們特別得到了在非定常湍流條件下內(nèi)室的容積率分布。
關(guān)鍵詞：兩相流，攪拌器，回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)，非定常流，CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）
引言
近來，廚房垃圾的處理問題日益突出，對此世界各地努力限制以保護(hù)環(huán)境。廚房垃圾的處理方式主要是回收、焚燒,制造肥料或飼料。回收和焚燒有產(chǎn)生嚴(yán)重有害物質(zhì)的問題。所以，一些國家的政府支持再循環(huán)計(jì)劃，用廚房垃圾制造肥料或飼料。
要用廚房垃圾制造肥料或飼料，其水分必須被最小化。如果處理能力低,我們用離心法。但是，這種離心機(jī)械干燥有物理限制。因此，它是需要熱干燥的廚房垃圾處理工業(yè)。工業(yè)設(shè)備中處理廚房廢物是使用復(fù)雜的干燥系統(tǒng)像結(jié)合了熱空氣對流干燥和回轉(zhuǎn)干燥與攪拌器的回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)。這個(gè)系統(tǒng)包括室內(nèi)加熱器、熱流噴射器,回收產(chǎn)生于室內(nèi)蒸汽的冷凝器和不斷混合廢物的攪拌器見圖1(a)。
從腔室的流動(dòng)特性，可推導(dǎo)出的干燥效率。這些被用來決定在腔室的蒸汽和空氣的分布，并確定在腔室的濕度。為了設(shè)計(jì)一個(gè)最佳形狀的干燥器,大量的實(shí)驗(yàn)來可視化干燥室的內(nèi)部流動(dòng)已被提交。但還存在著許多問題，花費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢的原型 。因此,要解決這些問題，得到最佳的設(shè)計(jì)因素,目前使用的方法是CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）[ 1 ]。在本研究中，我們通過CFD方法獲得流動(dòng)特性室的容積率。結(jié)果以圖形方式描述形成確定的設(shè)計(jì)因素和干燥效率的關(guān)系。
圖1.干燥系統(tǒng)的模型示意圖
（a） 全套設(shè)計(jì)圖紙；（b） 內(nèi)室
Agitator-攪拌器；Chamber-室；Hot stream injector-熱流噴射器；
Filter-過濾器；Condenser-冷凝器；Condensate out-冷凝液出口
數(shù)值方法
如圖2所示，2009年發(fā)明的數(shù)值模型是采用三維CAD工具制造的，。它分為兩個(gè)部分室和葉輪。如圖1（b）所示，螺帶式葉輪攪拌高粘度的物質(zhì)，如膏，在這項(xiàng)研究中藥物和奶油混合使用。
ICEM如圖3所示，嚙合是由先進(jìn)的有限分析軟件CFD預(yù)處理器組成。 因?yàn)槿~輪形狀是復(fù)雜的，嚙合是三元素使用八叉樹方法在ICEM中產(chǎn)生的。在葉輪的邊界和流體區(qū)被創(chuàng)建通過棱鏡法來控制網(wǎng)格密度進(jìn)行精確的計(jì)算結(jié)果。葉輪的一部分是2-D殼網(wǎng)使用多個(gè)旋轉(zhuǎn)架（MRF）方法創(chuàng)建的。而且，總元素的數(shù)目為70萬左右。
室內(nèi)通過MRF模擬旋轉(zhuǎn)流的方法,是旋轉(zhuǎn)流體區(qū)產(chǎn)生真正的旋轉(zhuǎn),而不是旋轉(zhuǎn)框架[2]。在這種情況下，其中葉輪內(nèi)部的流體區(qū)是旋轉(zhuǎn)的。但它是很難選擇各流體區(qū)域葉輪嚙合，因?yàn)槁菪螏钊~輪的形狀是非常復(fù)雜的。因此,我們把圓柱流體區(qū)包括所有的葉輪。
我們假設(shè)流體室只有蒸汽和空氣,所以我們計(jì)算混合兩相湍流流動(dòng)。而且其蒸氣與空氣應(yīng)該是連續(xù)和不可壓縮流體。當(dāng)熱空氣吹起，溫度是423K，濕度為0％。
而且，出口條件是假設(shè)壓力平均。
數(shù)值分析采用ANSYS CFX-11法。該解決方案基于FVM（有限體積法）。收斂條件被設(shè)置為直到殘差是10-5的順序并且計(jì)算的數(shù)量每節(jié)拍要反復(fù)執(zhí)行約100次。
四核2.5Hz的，4GB內(nèi)存計(jì)算每一種情況的運(yùn)行時(shí)間平均大約為6小時(shí)。
圖2.建模室的結(jié)構(gòu)
圖3.有限元系統(tǒng)
Inlet- 入口；Outlet-出口；Chamber-室；Fluid zone-流體區(qū)；
Impeller-葉輪；Solid zone-固體區(qū)域；Heater-加熱器
方程式中給出兩相不可壓縮流體的守恒方程（1）—（4）。并且，如方程式（5） - （8）中所示，室內(nèi)3維湍流可以通過k-ε湍流兩方程模型進(jìn)行說明 。[3-5]
連續(xù)性方程：
αβΓ是從β相到α相每單位體積的質(zhì)量流率。這種情況只有當(dāng)中間相質(zhì)量轉(zhuǎn)移發(fā)生時(shí)才出現(xiàn)。
動(dòng)量方程：
由于其它相的存在，Mα描述作用于α相界面的作用力。另外，表示動(dòng)量傳遞引起相界面?zhèn)髻|(zhì)。
體積守恒方程：
該方程可以結(jié)合相位連續(xù)性方程獲得運(yùn)輸體積守恒方程。當(dāng)我們通過相位的密度劃分等式.（3），并總結(jié)了所有的階段，我們可以有如下方程：
表(1).分析每種情況的條件
Case-例；Stream Velocity-流速；Thickness of impeller-葉輪厚度
Angular Velocity of impeller-葉輪角速度
表(2).各種熱空氣速度對水蒸汽的平均容積率的影響
Velocity-速度；Volume fraction-容積率
圖4.各種熱空氣速度下的容積率分布
(a) 7m / s；(b) 10 m / s；(c) 13m / s
k-ε兩方程湍流模型:
和分別代表相間轉(zhuǎn)移k和ε
此外,k值和ε值計(jì)算如下:
注意，I是湍流強(qiáng)度，lm是混合長度。
分析結(jié)果
容積率的模擬結(jié)果由各種熱空氣速度值、葉輪的轉(zhuǎn)速和葉輪厚度描述。全部7種案例的生產(chǎn)變動(dòng)參數(shù)如表1所列。從這些結(jié)果,我們確定了水蒸汽的數(shù)量影響干燥效率。
熱空氣速度的影響
當(dāng)熱空氣速度是7 m / s,10 m / s和13 m / s時(shí)，我們比較了水蒸汽的容積率。在所有情況下，葉輪的角速度都是5.5 rpm，厚度都是50mm。室內(nèi)頂部和側(cè)表面的容積率見圖4。由于空氣和水蒸汽的密度差異使蒸汽會(huì)聚在上層邊界。隨著熱空氣速度的提高,上表面水蒸汽的體積越來越小。這是因?yàn)榱魅霟峥諝獾脑黾訉?dǎo)致流出熱空氣的增加。另外,水蒸汽容積率歸結(jié)于葉輪當(dāng)速度的增加。這意味著吹動(dòng)的熱空氣會(huì)使是分布在室內(nèi)上表面的水蒸汽降下來。在熱空氣速度為13 m / s時(shí),分布的水蒸汽越往右邊越少。這些結(jié)果受葉輪的旋轉(zhuǎn)方向和出口位置的影響。表2顯示水蒸汽容積率的平均值。從該結(jié)果中，我們可以得出隨著熱空氣速度的增加，水蒸汽數(shù)量減少。
表(3).葉輪速度對水蒸汽的平均容積率的影響
Angular velocity-葉輪速度；Volume fraction-容積率
圖5.各種葉輪角速度下的容積率分布
(a) 3 rpm；(b) 5.5 rpm；(c) 7 rpm
葉輪角速度的影響
圖5演示了當(dāng)角速度的葉輪是7米/秒, 10 m / s和13米/秒時(shí)，每小時(shí)的水蒸汽的容積率。在所有情況下熱空氣的速度都是10 m / s,葉輪厚度都是50mm。它指出像前分析的案例，頂室水蒸汽是上升的。隨著葉輪角速度的增加, 葉輪厚度和水蒸汽的數(shù)量也增加。表3描述水蒸汽平均容積率，同樣的結(jié)果也顯示在圖5中。減少葉輪旋轉(zhuǎn)和相對增加熱空氣影響這些結(jié)果。從這些結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)室內(nèi)水蒸汽隨著角速度增加而增加。
葉輪厚度的影響
當(dāng)葉輪厚度是40mm,50mm, 60mm,且熱氣球的速度是10米/秒，我們研究了干燥室流動(dòng)特性。圖6顯示了各個(gè)情況水蒸汽容積率。隨著葉輪厚度的增加,在頂面水蒸汽的厚度是每分鐘減少的如圖6所示。見表4,然而,隨著葉輪厚度增加，水蒸汽平均容積率是每分鐘增長的。這個(gè)原因是混合的效果是隨著葉輪厚度的增加而增加的。
表4.不同的葉輪厚度對水蒸汽的平均容積率的影響
Thickness-葉輪厚度；Volume fraction-容積率
圖6.不同的葉輪厚度下的容積率分布
(a) 40mm；(b) 50mm；(c) 60mm
總結(jié)
在這項(xiàng)研究中,對帶有攪拌器的復(fù)雜干燥器中的多相流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值研究。特別是研究葉輪厚度,角速度和熱空氣速度的影響。當(dāng)熱空氣速度增加時(shí),室內(nèi)水蒸汽的數(shù)量減少。然而，隨著葉輪角速度的增加,室內(nèi)水蒸汽的數(shù)量增加。這使得烘干機(jī)效率下降。結(jié)果也表明,葉輪厚度和干燥效率之間沒有關(guān)系。需要進(jìn)一步的研究來找到攪拌器的增長效率和室內(nèi)熱傳遞之間的關(guān)系。
術(shù)語
ux absolute viscosity [N·s/m2] (x=α,β)
Px Born rate