塔式烘丝机烟丝烘干特性的实验与仿真研究

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1、学校代码10530学号201510161744分类号TK124密级公开硕士学位论文塔式烘丝机烟丝烘干特性的实验与仿真研究学位申请人张欣指导教师王志奇副教授学院名称机械工程学院学科专业工程硕士（动力工程）研究方向工业工程节能二零一八年五月ExperimentalandSimulationResearchStudyonDryingCharacteristicsofComasTowerDryerCandidateZhangXinSupervisorAssociateProfessorWangZhiqiCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramM

2、asterofEngineering(PowerEngineering)SpecializationEnergySavinginIndustrialProcessesDegreeMasterUniversityXiangTanUniversityDateMay2018摘要摘要塔式气流烘丝机是一种全自动化、封闭式的新型气流烘丝机，具有干燥时间短、生产效率高、烟丝品质好等优点，逐渐在国内烟草企业中得到了应用。然而，设备在实际应用过程中仍存在出料不均匀、烟丝含水率不均匀等问题。为此，本文通过实验与数值模拟手段，研究塔式气流烘丝机内烟丝流动与传热特性，分析不同因素对烟丝烘干特性的影响规律，

3、改进烘丝机的工艺参数和结构参数以提高烘丝的质量，为提高企业的烘丝效果提供理论支撑。论文的主要工作和结论如下：(1)设计并搭建了烟丝热风干燥实验装置，分析有效扩散系数和活化能与热风温度、风速的关系。实验表明：随着气流温度的升高，有效扩散系数增大，然而增大气流速度会降低烟丝的干燥速率；在常见的三种关联式中，Logarithmic模型预测效果相对较好，但该模型对干燥后期的预测误差超过20%；基于Logarithmic模型和Two-term模型，开发烟丝气流干燥特性的预测模型，最大预测误差不超过1%，大幅提高了烟丝烘干特性的预测精度。(2)建立塔式烘丝机内烟丝干燥特性的仿真模型，结合实验所

4、得的预测模型，采用FLUENT软件对烟丝烘干过程进行数值模拟。模拟结果表明：烟丝对塔内的速度、温度与水分浓度分布特性产生明显的影响；烟丝在气流中运动的过程中，气相温度从428.8K下降至395K左右，水分质量分数增大了1.1倍。烟丝颗粒干燥时间集中在1～4.635s，含水率最大为0.167，最小为0.001；在塔式烘丝机出口处，烟丝的含水率及分布均匀性都比较差，烟丝出口位置的标准差为0.07，模型出口含水率标准差为0.012。(3)研究工艺参数和模型结构对烟丝干燥效果的影响规律，对塔式烘丝机参数进行优化并对其结构进行改进。通过正交实验与极差分析，对几个影响烟丝干燥效果的因素进行排序

5、，影响大小顺序依次为：烟丝流量＞工艺风温度＞工艺风流速＞水蒸气流量；最优工艺参数为：工艺风流速23m/s，工艺风温度155.55℃，水蒸气流量400kg/h，烟丝流量2300kg/h。对已有烘丝机结构进行改进，在烟丝进入烘丝机内部时增加弧形导流板，将顶部的平面结构改成半球型，并将烘丝机出口整体沿z轴正方向水平旋转90°。结构改进后，出口位置标准差最小为0.037，含水率标准差为0.006，烘丝效果得到明显提升。关键词：塔式气流烘丝机；干燥特性；气固两相流；数值模拟IAbstractAbstractComastowerdryer(CTD)isakindoffullautomaticd

6、ryerandanewtypeofairdryingmachine.Ithastheadvantagesofshortdryingtime,highproductionefficiencyandgoodquality.CTDhasgraduallybeenappliedindomestictobaccocompanies.However,intheactualapplicationoftheequipment,therearesomeproblemsofunevenmaterialandunevenmoisturecontent.Therefore,inthispaper,expe

7、rimentalmeasurementandnumericalsimulationwereusedtostudytheflowandheattransfercharacteristicsinthecomastowerdryer.Andtheinfluenceofdifferentparametersonthecuttobaccodryingcharacteristicswasanalyzedanditaimstoimprovethequalityofdryingqua