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烟叶密集烤房风场分析及其结构优化

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目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 研究方法和研究内容

第二章 烤房流场理论分析

2.1 密集烤房流场的简介

2.2 计算流体力学理论基础

2.3 控制方程的计算方法

2.4 fluent软件的应用

2.5 本章小结

第三章 密集烤房空载状态下的流场分析及结构优化

3.1 装烟室空载几何模型的建立

3.2 有限元网格的划分

3.3 网格检查和模型选择

3.4 边界条件

3.5 装烟室空载仿真结果分析

3.6 装烟室结构优化正交仿真实验

3.7 烤房装烟室最优结构流场仿真

3.8 本章小结

第四章 密集烤房满载状态下的流场分析

4.1 实体模型

4.2 有限元模型及网格划分

4.3 多孔介质模型及其基本参数的设置

4.4 多孔介质仿真结果分析

4.5 本章小结

第五章 密集烤房烘烤对比试验

5.1 试验材料和方法

5.2 烤房内风速的测定

5.3 烘烤期间温度场的测定

5.4 试验结果对比和分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录A 在校期间发表的学术论文与研究成果

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摘要

随着散叶烟框装烟方式在密集烘烤过程中的应用,一方面进一步增加了烤房的装烟量;另一方面也带来了一系列的问题,比如烤房装烟室内部的温度和风速等环境因素分布不均匀,导致同一房烟叶烤后品质相差较大,影响售卖均价和评吸质量等。针对这一问题,经过思考,认为可以从优化烤房装烟室结构出发来使其内部烘烤环境因素的分布达到一定的均匀性,从而使上述问题得到有效地解决。为此,本文开展了以下研究工作:
  对空载状态下原型烤房装烟室内部的流场进行仿真分析,得知其风速和温度分布呈现出极大的不均匀性。经过进一步的分析,提出了通过优化装烟室的结构参数来调整风速和温度分布的均匀性。优化的结构主要有三个:热风进风口的尺寸、地面坡度和散风板的类型。通过设计一个三因素三水平的正交仿真实验,找到了使风速能均匀分布的最合理的组合,即采用1.5m×0.35m的热风进风口、4.3%的地面坡度和b3类型的散风板。
  以空载最优结构为前提,建立了烤房装烟室满载状态下的多孔介质仿真模型,并通过实验测得了烟叶多孔介质仿真过程中所需的孔隙率、粘性阻力系数和惯性阻力系数、有效热传导率等参数,上下层和中间层分别为0.8和0.82、4.25×107和3.96×107、703.75和690.58、0.0276w/(m·k)和0.02714w/(m·k)。从烟叶多孔介质仿真结果上看,叶间风速能达到0.9m/s、烤房的温度差不超过1℃。
  在贵州省安龙县搭建了结构优化后的新型烤房,并借用当地所用原型烤房进行烘烤对比试验。在实验过程中采集了烘烤期间烤房装烟室内的16个固定点的风速值和温度值,并分别对其做了标准差处理,在这两方面均有新型烤房的标准差小于原型烤房,也就是说在烘烤环境分布均匀性上新型烤房都优于原型烤房。另外,烘烤结果也从两个方面对二者进行了对比:
  (1)能源消耗方面—新型烤房烘烤能耗成本比原型低0.42元/kg;
  (2)烤后烟叶品质方面—新型烤房的烤后烟叶品质优于原型密集烤房所烘烤出的烟叶。数据分析同时显示,用新型烤房烘烤出烟叶的售卖均价比原型烤房高出0.3元/kg。因此,该研究具有较好的推广应用价值。

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