第 29 卷 第 3 期 农业工程学报 Vol.29 No.3 2013 年 2 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2013 69 气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化 代建武，肖红伟，白竣文，张 茜，谢 龙，高振江 ※ （中国农业大学工学院，京 100083） 摘 要：为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构，提高喷管速度分布均性，以气体运微分方程和 RNG k-ε 湍流模型为基础，利用计算流体学软件 Fluent 对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟，得 了热气流在气流分配室内的流特征，并对原模型结构进行改进，提出了 3 类优方法，同时将最优模型的预测 值与试验数据进行了比较。计算结果表明，气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成 2 个左右对称的 反向涡流区，对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增的趋，设计工况下速度偏差比和速度不均系 数分别达 24.6%和 18.1%；减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均性，而扰 流模型则被证明是可行的； 平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型，其最佳结构参数为平板间距为 160 mm 且 第一块平板较喷管轴线高 14 mm，速度偏差比降为 7.7%，而速度不均系数仅为 4.7%，数值模拟结果与试验数 据最大偏差不超过 8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均性设计提供了参考。 关键词：烘干机，数值模拟，优化，气体射流冲击干燥，气流分配室 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.03.010 中图分类号：TS203 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-03-0069-08 代建武，肖红伟，白竣文，等. 气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化[J]. 农业工程学报，2013， 29(3)：69－76. Dai Jianwu, Xiao Hongwei, Bai Junwen, et al. Numerical simulation and optimum design on airflow distribution chamber of air-impingement jet dryer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(3): 69－76. (in Chinese with English abstract) 0 引 言  气流分配室是气体射流冲击干燥机的重要组 成部分，承担着优流场分布，平均分配喷管流速 的作用，而不合理的结构设计会导致喷管出口的气 流速度不一致。研究表明，风速是影响物料干燥特 性的重要因素 [1-4] ，风速在干燥室内的不均分布， 不仅难以保证物料在干燥过程中品质的均一性，与 此同时还会延长整体干燥时间，增能耗。因此， 掌握热气流在气流分配室内的流特征，提高喷管 出口风速的分布均性，对于改善干燥品质，降低 能耗具有十分重要的意义。 在国内外有关改善气流场均性的研究中，传 统的设计—造—再改进的方法因成本高，周期 长，测量范围有限等已不能满足要求 [5] ，而数值模 收稿日期：2012-11-08 修订日期：2013-01-27 基金项目：国家自然基金项目（31201436 ）；京市科技计划项目 （Z101105053710002） 作者简介：代建武（1987－），男，湖随州人，博士生，主要从事机 械生产技术与装备研究。京 中国农业大学，100083。 Emai：daijianwu@126.com ※通信作者：高振江（1958－），男，内蒙古赤峰人，教授，博士生导 师，主要从事农产品工技术与装备研究。京中国农业大学， 100083。 Emai：zjgao@cau.edu.cn 拟技术则能克服上述缺点，获得速度、压等参数 在不同位置上的分布，近年来已被越来越多地应用 于农业装备流场均性的改善。Andrew Chen 等 [6] 模拟比较了不同结构参数下分配岐管内部压及 质量流量分布的规律。郭嘉明等 [7] 运用 Fluent 软件 研究了不同冷藏运输厢体结构对冷藏运输环境均 性的影响。朱红耕等 [8] 通过计算机数值模拟发现 3 种进水流道改进方案中，异形钟形进水流道出口 断面的速度分布均性最差。袁寿其等 [9] 采用 RNG k-ε 湍流模型分析得出高流量下蜗壳式出水流道的 流场分布会更均。但是有关利用 CFD 技术改 善类似于干燥机气流分配室结构的流场均性的 报道较少。田松涛等 [10] 虽然借 Fluent 软件对气体 射流冲击烤箱的分配室进行了改进，但是存在优 模型过于单一的问题且缺少试验验证。徐鹏等 [11] 仅针对燃气壁挂炉不同气流分配室模型的出口断 面进行了定性分析，缺乏数据支撑与试验对比。 本文使用 Fluent6.2 软件对气流分配室内部流 场进行了设计工况下的三维湍流数值模拟，分别 从分配腔室流场分布特征和喷管出口速度值分析 比较了原始结构模型和改进模型的流场分布特 性，并将最优模型的预测值与试验数据进行了对 比验证，以期对类似结构的均性设计提供一种