食品双螺杆挤出机比能耗定量化研究

采用有限元技术,对食品双螺杆挤出机中流体的速度场、压力场进行了仿真研究。通过后处理计算,得到了各种工况下的比能耗。采用可旋转的中心组合设计方法进行了试验,分析仿真与试验结果存在差异的原因,并对仿真计算结果进行了修正。以修正后的仿真计算结果和试验结果为基础,对所建立的BP神经网络进行训练,建立了食品双螺杆挤出机挤压系统模型,此模型可用于挤出机比能耗的定量预测。     

基于CFX的内嵌双螺杆挤出机流场特性分析

在传统双螺杆挤出机的基础上,设计了一种具有内外流道的双螺杆挤出机。文章基于有限元法,利用Pro/E三维绘图软件建模、ANSYS/CFX流体模块,对新型双螺杆挤出机进行数值模拟,通过分析宏观压力、宏观速度以及挤出量来与传统双螺杆挤出机进行对比。分析结果显示,新型双螺杆挤出机内流道流速小于新型双螺杆挤出机外流道流速小于传统双螺杆挤出机外流道流速,从而延长了物料的停留时间,提高了混合性能;由于内流道的出现,使挤出效率提高了约55.5%。研究结果表明,新型双螺杆挤出机在保证豆粕挤出质量的同时,其豆粕挤出产量是传统双螺杆挤出机的1.4～1.7倍。本研究结果为双螺杆挤出机的设计提供了新思路。     

同向啮合双螺杆固体颗粒输送行为的研究

借助可视化同向啮合双螺杆挤出机固体输送段的实验装置,对其固体颗粒的输送行为进行实验研究.将输送区划分为3个子输送区进行仿真实验,分析其在3个子输送区中不同的输送形式,以及螺杆转速和粒径大小对其输送效率的影响,发现物料在输送过程中主要集中在左输送区和上输送区且均以正位移输送为主,当物料粒径增加至3 mm时,摩擦拖曳现象较...     

非啮合双螺杆挤压机三维流场数值模拟

双螺杆挤压机是加工挤压食品的关键设备.利用有限元法,以非啮合双螺杆挤压机为研究对象,采用三维非等温、非牛顿流体模型,对非啮合双螺杆挤压机内物料的速度、压力、温度和螺杆挤出特性参数进行了数值研究.结果表明,从非啮合双螺杆挤压机的入口到出口,物料的压力和温度值逐渐增加;啮合区物料的压力、速度和温度值均大于螺槽区,螺槽区压力值出现了非常明显的波动现象;随着螺杆转速和流道两端压差的增加,双螺杆挤压机内物料的温度和流量也逐渐增加.     

齿间间隙对双螺杆透平泄漏影响的数值模拟

为降低泄漏流对双螺杆液力透平效率的影响,以2/3齿双螺杆泵透平为例,根据双螺杆泵内齿间间隙的构成原理,首先建立其简化几何模型,利用透平腔内存在相对运动引起的剪切流动与各级腔室压差导致的压差流动理论,建立起齿间泄漏通道的数学模型.使用SCORG和Pumplinx软件对双螺杆液力透平进行全流场数值模拟,得到了双螺杆透平不同...     

双螺杆泵多点啮合型转子设计与内部流动特性

针对传统双螺杆泵螺杆转子螺旋面啮合区磨损严重、内泄漏大等问题,根据啮合原理,建立椭圆弧及其共轭曲线的啮合模型,构建传动比为2∶3的主从螺杆端面型线,提出一种新型多点啮合型螺杆转子结构.应用计算流体动力学方法对新型双螺杆泵内部流场进行数值计算,研究了泵内部流动特性.研究结果表明:所提出的新型螺杆转子在轴截面上可实现三点啮合,在双螺杆转子上形成多重密封;采用V形凹槽的主螺杆转子齿顶压力分布均匀,采用传统结构的从螺杆转子齿顶处压力分布呈阶梯状;从螺杆转子周向啮合间隙处泄漏速度为主螺杆转子的1.8倍,表明主螺杆转子齿顶V形凹槽两侧的光滑顶棱与泵腔内壁面形成的类迷宫密封可有效减小周向啮合间隙处的泄漏;新型螺杆转子较大改善转子的磨损适应性,有效减小了双螺杆泵的内泄漏,对提高双螺杆泵的高压环境适应能力具有重要意义.     

水力絮凝池数值模拟及试验研究

根据絮凝反应对水力条件的要求,采用Fluent软件对水力絮凝池进行了数值模拟,根据模拟结果,对传统的絮凝池进行了改进,设计出了穿孔旋流网格絮凝池。并讨论了竖井断面形状和穿孔形状对絮凝池流场的影响,并对絮凝池进行相应的优化。最后通过连续流的模型试验,对穿孔旋流网格絮凝池进行了试验验证,确定了该模型的最佳停留时间。     

离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟

采用离散颗粒模型(DPM)对离心泵内示踪粒子运动进行了数值计算.在该模型中,采用经典的RNGk-ε模型来求解离心泵内的清水流场,并与试验对比验证模拟计算的可靠性,然后在清水流场基础上对离散示踪粒子采用Lagrange方法模拟,求解不同性质的粒子运动方程.通过粒子运动轨迹线与恒定或准恒定流线的对比,以及粒子相对速度随流场空间尺度的变化关系分析了粒子的跟随特性.数值模拟结果表明:当粒子直径大于50μm,不同密度的粒子在泵内跟随性差别很大,而直径在20 μm以下,粒子跟随性对密度的敏感度降低;粒子密度与流体密度相等是一个重要的界点;对于流道内存在漩涡等不稳定流的追踪,只有无量纲密度比ε接近1,且直径足够小的粒子其轨迹线才与流体的流线接近;直径在20 μm以下的粒子相对速度大小与流体接近,跟随精度较高;考虑到粒子的散射特性,建议本泵选用直径在20μm左右的聚苯乙烯粒子作为示踪粒子.     

丘陵区管网压力分布特征数值模拟的研究

本文根据丘陵区管道水力特征，采用管网非恒定流代数解法，建立了丘陵区封闭及半封闭管网压力分布特征计算的数学模型，提出了相应的简化计算方法及收敛判据，并同传统的计算方法进行了分析比较。     

双超声波换能器分布方式对反应器内声场影响的数值模拟

【目的】探究不同条件下超声波反应器内的声压分布情况,从而确定出空化强度最高的换能器分布方式,使得超声波反应器更高效。【方法】采用压力声学频域物理场,基于亥姆霍兹方程,对相同体积的超声波反应器的声场进行了数值模拟;考察了双换能器在不同分布方式下,反应器内的声压分布情况,并对比了不同条件下的平均声压值和空化占比。【结果】1)当双换能器位于同一安装面的情况下,双换能器位于底表面时,声压分布最稳定,空化占比最高,达到了24.74%。2)当双换能器位于不同安装面的情况下,双换能器位于前表面和底表面时,声压幅值最大,为2.9×10⁵ Pa;平均声压也达到了最大值,为5.27×10⁴ Pa;反应器内的空化占比达到了19.34%,是5种异面分布方式中的最大值。【结论】换能器的分布方式对超声波反应器内的空化强度具有重要影响,通过数值模拟分析方法可对不同的换能器分布进行最优化分析,从而确定出最佳的换能器分布方式。     

双螺杆挤压机螺杆元件类型对扭矩和压力的影响

以食用脱脂低温豆粕为原料,以Brabender DSE-25型双螺杆挤压膨化实验室工作站为加工设备,研究了不同几何参数的输送元件、捏合块和齿型盘6种螺杆元件对挤压过程中扭矩和压力的影响。结果表明:螺杆元件对扭矩和压力有显著影响;对扭矩影响的主次顺序为反向输送元件;齿型盘、捏合块、正向输送元件;有反向螺旋角或错裂角或对物料剪切强度大的元件能够显著增加扭矩;元件对压力的影响规律不明显。对系统稳定性的初步分析认为,错列角为45°和90°的捏合块具有较好的混炼效果,而齿型盘和错列角为-45°的捏合块的混炼效果较差。     

三螺杆挤压机熔体输送段功耗特性的数值分

利用CFD技术,采用三维流-热耦合模型对三螺杆挤压机流场、温度场、压力场和粘性生热分布进行了研究.在此基础上,考虑熔体粘性耗散生热和压力升高的影响,研究了螺杆转速、螺纹头数、压力差和挤出量等参数对三螺杆挤压机挤出功耗和比能产量的影响,并和常规双螺杆挤压机进行了对比分析.结果表明,随着螺杆转速、流道两端压力差和挤出量的增加,三螺杆挤压机的挤出功耗逐渐增加,而比能产量却逐渐减小.随着螺杆螺纹头数的增加,三螺杆挤压机的功耗和比能产量均逐渐增加.通过对比发现,三螺杆挤压机比能产量较双螺杆挤压机提高了30%.     

食品冷冻过程的数值模拟技术

准确计算和预测食品冷冻过程,对保证产品质量、指导速冻设备设计、降低速冻装置能耗具有重要的意义。但是食品冷冻过程由于自身的复杂性,很难找到一种通用方法对其进行描述和预测。随着计算机功能的日益强大,数值模拟技术在食品冷冻过程研究中的应用得到越来越多关注。在对食品冷冻过程机理分析的基础上,本文主要从食品冷冻过程数值模拟方法的研究进展和数值模拟技术在食品冷冻过程模拟中的应用两个方面对近年来数值模拟技术在食品冷冻过程研究中的应用进行了综述,以期为该技术在食品冷冻过程研究中的应用提供参考依据。     

9SJP-20型秸秆揉切挤压机的研制

为了解决秸秆中粗纤维难以消化吸收的问题,研制了9SJP-20型秸秆揉切挤压机,在分析其结构、工作原理和计算主要技术参数的基础上,完成了样机的设计工作。样机性能试验表明:该机工作性能稳定,揉切效果良好,并有一定的膨化作用,改善了秸秆的适口性,提高了反刍动物的消化率。     

秸秆螺旋挤压脱水机叶片强度和变形的流固耦合分析

运用数值模拟方法,对秸秆螺旋挤压脱水机进行了流固耦合模拟分析,建立了秸秆浆料的流体模型,用Fluent软件模拟了不同出口压力条件下,螺旋挤压脱水机内部压力场分布,并据此对螺旋挤压脱水机的挤压性能进行了分析。同时,通过Workbench-Fluent单向流固耦合的方式,对螺旋叶片的强度和变形进行了分析,得出了出口压力和叶片强度的关系。     

水塘湿地示踪试验测定水力停留时间

以湖北漳河灌区的水塘湿地为研究对象,用罗丹明作示踪剂,通过示踪试验来测定湿地水力停留时间分布、了解水力停留时间的性质,并分析影响水力停留时间的因素,为灌区水塘湿地的改造和净化能力的提高提出合理的建议。     

基于CFD的冷藏车车厢内部温度场空间分布数值模拟

以短距离运输冷藏车为研究对象,建立了求解车厢温度场分布的计算模型。模型以车厢内冷气出风口风速、空气温度、车厢壁面以及货物区温度作为初始边界条件,采用计算流体力学（CFD）非稳态剪切压力传输（SST）k-ω模 型,模拟不同边界条件和货物不同堆栈方式车厢内温度场分布情况;在特定边界条件下,交替改变出风口风速和货物堆栈方式,通过对比分析,确定最佳出风口风速和货物堆栈方式。结果表明当风速为5m/s,堆栈方式为中间及两侧留空时冷藏车厢体内温度场分布均匀性最佳。经试验验证,模拟结果与实测结果基本吻合,温度平均绝对误差不高于1℃。     

互插式连栋温室风压分布模拟分析

以CFD理论为基础,建立了互插式连栋温室周围空气绕流的数学模型,设定了流体的边界条件,运用Fluent软件对互插式连栋温室的风压分布进行模拟分析。模拟结果表明,风力对温室作用主要是向上的升力;风压系数沿温室跨度方向分布的数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合;上风向和下风向风压系数沿温室高度方向呈二次曲线分布,相关系数分别为0.975和0.990;最后将模拟得到的风压系数转换成相应的风载体型系数,为结构优化设计提供参考。     

Evaluating the influence of wetland vegetation on chemical residence time in Mississippi Delta drainage ditches

The presence of emergent vegetation within channelized aquatic environments has the capacity to provide a number of biological functions as well as alter the hydrology of the system. Vegetation within the channel exerts roughness, drag and friction on flowing water, reducing flow rates, increasing water depths and increasing hydraulic retention time. By increasing the hydraulic retention time, chemical residence time (CRT) is increased, thus improving the potential of pollutant mitigation. The study compared two geomorphologically similar drainage ditches, one vegetated and one non-vegetated to evaluate the effect obligate, in-stream wetland vegetation had on CRT. A fluoride (F⁻) tracer was amended to both ditches with nutrients and sediments to simulate stormwater runoff event. The measured CRT of the vegetated drainage ditch was at least twice that of the non-vegetated ditch. These results suggest that with the presence of vegetation increasing CRT, chemical removal rates will improve, and as a result increase the possibility of microbial transformation, adsorption, and macrophyte assimilation. By dredging or clear-scraping ditches and removing the vegetative component, farmers and managers alike will increase water flows, decrease CRT and potentially increase pollutant loads into aquatic receiving systems.