基于多相流耦合過程數(shù)值模擬的茶鮮葉離心式連續(xù)脫水設(shè)備參數(shù)模擬與優(yōu)化

朱志楠，趙章風(fēng)*，鐘江，周仁桂，張憲

1. 浙江工業(yè)大學(xué)特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310014；2. 浙江春江茶葉機(jī)械有限公司，浙江 杭州 311422

基于多相流耦合過程數(shù)值模擬的茶鮮葉離心式連續(xù)脫水設(shè)備參數(shù)模擬與優(yōu)化

朱志楠1，趙章風(fēng)1*，鐘江1，周仁桂2，張憲1

1. 浙江工業(yè)大學(xué)特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310014；2. 浙江春江茶葉機(jī)械有限公司，浙江 杭州 311422

為提高離心式水洗茶鮮葉脫水率并實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫水，本研究基于離心式脫水原理，引入風(fēng)道吹風(fēng)提高茶鮮葉在脫水過程中的離散度，采用離散場(chǎng)—流場(chǎng)的多相流耦合技術(shù)，對(duì)茶鮮葉離心脫水過程進(jìn)行數(shù)值仿真模擬，對(duì)影響茶鮮葉脫水效果的因素進(jìn)行研究。研究表明，在確定送風(fēng)方向的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在由離心筒內(nèi)向外送風(fēng)的情況下，離心筒與螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度差對(duì)脫水效果的影響最大，離心筒轉(zhuǎn)速對(duì)脫水效果影響次之，風(fēng)速對(duì)脫水效果影響相對(duì)較小。

茶葉；離心脫水；風(fēng)道；多相流耦合

為提高茶葉資源的利用率，夏秋茶成為茶葉深加工的主要原料，但夏秋茶除品質(zhì)與春茶有差異外，其表面的粉塵、固體污染物和農(nóng)殘含量也較春茶多，而對(duì)茶鮮葉進(jìn)行清洗，將有利于降低粉塵和農(nóng)殘。茶鮮葉表面水自動(dòng)脫水技術(shù)是實(shí)現(xiàn)茶鮮葉自動(dòng)清洗的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)茶鮮葉的脫水工序多采用離心脫水技術(shù)，存在無(wú)法連續(xù)作業(yè)和茶葉易粘附在旋轉(zhuǎn)筒壁上的問題，導(dǎo)致脫水率較低。

目前，國(guó)內(nèi)外直接針對(duì)茶葉表面水脫水效率及其影響因素的理論研究較少。為了提高離心機(jī)的強(qiáng)度，英國(guó)的S. W. Bhero等[1]開發(fā)了由連續(xù)纖維復(fù)合材料合成樹脂制成的轉(zhuǎn)子，顯著提高了分離機(jī)械的強(qiáng)度、性能、剛度、耐磨性和耐腐蝕性。天津大學(xué)聞建平等[2]采用基于雙流體模型與粒子分散模型相結(jié)合的方法，建立多相流模型，并對(duì)流化床內(nèi)氣液固三相湍流模型進(jìn)行模擬仿真，顆粒流在流化床內(nèi)的流動(dòng)特性參數(shù)與實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果吻合良好，所提出的三相流模型及其仿真方法具有良好的可靠性和準(zhǔn)確性。Bodhisattwa等[3]利用氣固兩相流模型對(duì)催化劑制備過程中顆粒物料流動(dòng)、顆粒之間的混合，以及相互之間的熱傳遞過程進(jìn)行分析，獲得了單顆粒以及顆粒流的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)數(shù)據(jù)，且符合實(shí)際。高士偉等[4]對(duì)茶鮮葉水洗工藝對(duì)成茶感官品質(zhì)影響的研究表明，茶鮮葉經(jīng)表面水脫水處理后，所得成品茶香高味醇，葉底較均勻；未脫水處理則成品茶香氣平淡，葉底晦暗，而水洗方式對(duì)成茶品質(zhì)的影響差異并不明顯。周仁桂等[5]對(duì)茶鮮葉自動(dòng)清洗和脫水設(shè)備進(jìn)行研究開發(fā)，改變了傳統(tǒng)的清洗和脫水方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。但以上研究均未考慮設(shè)置風(fēng)場(chǎng)對(duì)茶鮮葉脫水的影響，更重要的是未對(duì)影響茶鮮葉脫水率的各個(gè)因素進(jìn)行研究。

茶鮮葉在離心脫水過程中，同時(shí)受到鮮葉顆粒間的內(nèi)摩擦力和氣流擾動(dòng)的作用，構(gòu)成了離散項(xiàng)（茶鮮葉固體顆粒群）-連續(xù)相（氣流）的兩相系統(tǒng)，本研究將基于離散元分析軟件（EDEM）與流體動(dòng)力學(xué)軟件（FLUENT），通過對(duì)茶鮮葉離心脫水過程的數(shù)值模擬，分析離散相和連續(xù)相相互作用關(guān)系，進(jìn)而優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，提高茶鮮葉脫水效率并實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫水作業(yè)。

1 茶鮮葉離心脫水設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理

離心式茶葉脫水設(shè)備由螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸、空心軸、進(jìn)料口、出料口、螺旋推進(jìn)器、離心脫水部件等構(gòu)成，脫水設(shè)備本體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸和空心軸分別由一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩者同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但有一定的速度差。

經(jīng)清洗的茶鮮葉由頂部的進(jìn)料口進(jìn)入離心脫水設(shè)備，落在螺旋推進(jìn)器的底板上。由于螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸和空心軸之間速度差的存在，螺旋推進(jìn)器上的螺旋片將茶鮮葉從底部向上至出料口推出，與此同時(shí)，茶鮮葉顆粒在離心筒內(nèi)壁隨離心脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)，茶鮮葉中的水顆粒在離心力的作用下，從分布在離心脫水部件的小孔處甩出，從而達(dá)到脫水的效果。最終完成茶鮮葉自動(dòng)連續(xù)式脫水。

轉(zhuǎn)筒中水受到的離心力根據(jù)如下公式計(jì)算:

式中：G—水的質(zhì)量；

n—離心筒的轉(zhuǎn)速；

R—離心筒的半徑。

經(jīng)查閱資料，一滴水的質(zhì)量約為50 mg，在濕茶鮮葉中的平均附著力[5]約為0.054 N，轉(zhuǎn)筒的半徑為312 mm，根據(jù)式（1），當(dāng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速大于560 r·min-1時(shí)，茶鮮葉上的表面水形成水顆粒并脫離。

1.1 茶鮮葉和水當(dāng)量直徑的計(jì)算

考慮到茶葉顆粒形狀不規(guī)則，而且茶葉顆粒在氣流的影響下，會(huì)發(fā)生自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其周邊的流場(chǎng)具有不穩(wěn)定性，難以預(yù)測(cè)，另外考慮到計(jì)算機(jī)的性能和計(jì)算效率，本研究將待脫水的濕茶葉顆粒以兩種呈正態(tài)分布且大小不同的顆粒表示[6]，并使用粘結(jié)模型進(jìn)行仿真，對(duì)于在氣流中的球形顆粒而言，顆粒受到拽力的作用，即牛頓繞流阻力，F(xiàn)q為[7]：

圖1 6CTS63型連續(xù)式茶鮮葉脫水設(shè)備Fig. 1 6CTS63 type continuous dewatering machine of tea leaves

式中，CD為顆粒的繞流阻力系數(shù)（無(wú)因次阻力系數(shù)）；為單位體積空氣流體的動(dòng)能，其中ρ為空氣密度，V∞為空氣氣流與茶葉的相對(duì)速度；A為物體垂直于運(yùn)動(dòng)方向或來流方向的投影面積。

因此，在不可壓縮流體中，對(duì)于與來流方向流體具有相同方位的顆粒而言，其阻力系數(shù)CD只是Re[8]的函數(shù)；而流體的雷諾數(shù)Re則與流體速度和顆粒速度的差值有關(guān)：

式中，μ為空氣的動(dòng)力粘度，取1.8×10-5Pa·s，dq為球形顆粒的直徑，ρ為空氣密度，vf為氣流速度，vq為顆粒速度。

由式（2）、（3）和（4）得到式（5），式（5）為離散顆粒在氣流中所受到拽力Fq與顆粒速度vq和氣流速度vf的關(guān)系：

根據(jù)濕茶葉在受到風(fēng)的拽力作用時(shí)，其處于懸浮狀態(tài)，則認(rèn)為其受到的拽力恰好與重力相等，由此可以得出其簡(jiǎn)化為當(dāng)量直徑的球形顆粒所受到的拽力Fq為:

式中，ua為茶葉顆粒懸浮時(shí)的速度，且ua=｜vf－vq｜，ma為茶葉顆粒的質(zhì)量，dq為茶葉顆粒近似球形顆粒后的當(dāng)量直徑。500 g茶鮮葉中一般有1 000～3 000顆茶葉顆粒，茶葉受到風(fēng)的拽力作用后懸浮，此時(shí)速度一般為5.5～7.0 m·s-1[9]不等。以一顆平均質(zhì)量為0.8 g，懸浮速度為6.5 m·s-1的茶鮮葉計(jì)算，可以得出其當(dāng)量的球形直徑dq=12 mm。同理得出水顆粒的當(dāng)量球形直徑為dw=3.5 mm。

1.2 離散顆粒運(yùn)動(dòng)的模型構(gòu)建

在對(duì)離心脫水筒中的物料進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)可以將其近似轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)[10]。在本研究中，將清洗后的茶鮮葉本體和水簡(jiǎn)化成直徑呈正態(tài)分布的球形顆粒群，由于鮮葉結(jié)構(gòu)和表面水的作用，茶鮮葉顆粒之間存在粘連現(xiàn)象。在離心式脫水設(shè)備內(nèi)，各獨(dú)立顆粒的運(yùn)動(dòng)滿足牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，其轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模型如下：

式中，mq為茶鮮葉的質(zhì)量，vq為茶鮮葉顆粒的速度，vf為氣流速度，－vi▽q為壓力梯度力，β為動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)，為茶鮮葉顆粒及水顆粒間的相互作用力，為茶鮮葉顆粒與離心筒壁及螺旋推進(jìn)器之間的作用力，Iq為茶鮮葉顆粒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，wq為茶鮮葉顆粒的

圖2 離心脫水筒模型Fig. 2 Model of centrifugal dewatering barrel

2 茶鮮葉脫水過程的數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模擬流程與參數(shù)

茶鮮葉脫水的過程是離散顆粒和連續(xù)流體之間動(dòng)量的傳遞過程，研究中，通過EDEM角速度，Mq為茶鮮葉顆粒的合外力矩。

1.3 連續(xù)氣體的模型構(gòu)建

茶鮮葉在清洗后的離心脫水過程中，離散顆粒群將與空氣氣流相互影響，兩者的運(yùn)動(dòng)速度不一，形成運(yùn)動(dòng)阻力。在連續(xù)氣體的模型構(gòu)建中，引入相體積分?jǐn)?shù)δ，以便通過計(jì)算兩相之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的阻力動(dòng)量匯實(shí)現(xiàn)兩相之間的耦合。

在不考慮連續(xù)相和離散相之間質(zhì)量傳遞的情況下，連續(xù)相氣體的連續(xù)方程和動(dòng)量守恒方程分別為：

式中，δ為相體積分?jǐn)?shù)，g為重力加速度，V為網(wǎng)格單元體積。

1.4 離心脫水筒模型構(gòu)建

茶鮮葉的離心脫水過程主要發(fā)生在離心脫水筒內(nèi)，離心筒壁上分布有小孔，在離心力的作用下，經(jīng)水洗后的茶鮮葉中的水分會(huì)從筒壁上的小孔甩出。離心筒具體結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)如圖2和表1所示。和FLUENT聯(lián)合進(jìn)行茶鮮葉脫水過程的數(shù)值模擬。其中考慮離散顆粒和連續(xù)流體動(dòng)量的相互作用，采用Eulerian模型，對(duì)流體采用可壓縮、能量方程以及k－ε湍流模型，對(duì)離散顆粒采用Gidaspow阻力模型，并采用JKRCohesion接觸模型求解[11]。水洗茶鮮葉離心脫水過程數(shù)值模擬流程如圖3所示。

表1 離心脫水筒基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of centrifugal dewatering barrel

通過查閱資料，茶鮮葉顆粒與水顆粒的本構(gòu)參數(shù)[6,12-13]見表2所示；數(shù)值模擬環(huán)境參數(shù)見表3所示，其中茶鮮葉顆粒和水顆粒的大小由式（6）所得，茶顆粒數(shù)和顆粒總數(shù)由模擬仿真時(shí)設(shè)定，其余各個(gè)參數(shù)均通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得。

圖3 數(shù)值模擬流程圖Fig. 3 Flow diagram of numerical simulation

表2 茶鮮葉和水顆粒本構(gòu)參數(shù)Table 2 The structural parameters of fresh tea leaves and water particles

2.2 送風(fēng)方式對(duì)水洗茶鮮葉離散度的影響

在水洗茶鮮葉的離心脫水過程中，因表面水的存在，將出現(xiàn)茶鮮葉之間、茶鮮葉與筒壁之間的粘連現(xiàn)象，直接影響脫水效率和自動(dòng)出茶。對(duì)離心筒送風(fēng)，在風(fēng)力的作用下，把落入離心筒內(nèi)的茶鮮葉吹散，將提高茶鮮葉的離散度。送風(fēng)方式有從離心筒外向離心筒內(nèi)送風(fēng)和從離心筒內(nèi)向離心筒外送風(fēng)兩種，因此，以增加茶鮮葉的離散度為目標(biāo)，對(duì)不同的送風(fēng)方式展開研究。

圖4為當(dāng)從離心筒內(nèi)向外送風(fēng)時(shí)的耦合仿真云圖。如圖4-A所示，風(fēng)充滿整個(gè)離心筒內(nèi)部，并由于結(jié)構(gòu)的原因，在離心筒內(nèi)存在若干旋渦狀的風(fēng)渦。從圖4-B可以看出，茶鮮葉和水顆粒導(dǎo)入離心筒后，首先整體上被風(fēng)吹散，并在局部風(fēng)渦的作用下，發(fā)生進(jìn)一步的離散，均勻分布在離心筒內(nèi)。

圖5為當(dāng)從離心筒外向內(nèi)送風(fēng)時(shí)的耦合仿真云圖。與圖4比較，風(fēng)場(chǎng)中沒有風(fēng)渦，茶鮮葉進(jìn)入離心筒后，被外界的風(fēng)力壓縮，反而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象。

表3 數(shù)值模擬環(huán)境參數(shù)Table 3 Environmental parameters of numerical simulation

圖4 從離心筒內(nèi)向外送風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)矢量和茶鮮葉離散圖Fig. 4 Vector of wind field and discrete degree of fresh tea leaves when wind blows out from the barrel

圖5 從離心筒外向內(nèi)送風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)矢量和茶鮮葉離散圖Fig. 5 Vector of wind field and discrete degree of fresh tea leaves when wind blows from out into barrel

參照Gupta[14]提出的以顆粒與顆粒之間的接觸數(shù)量描述顆粒混合程度的方法，提取茶鮮葉顆粒-水顆粒、茶鮮葉顆粒-茶鮮葉顆粒、水顆粒-水顆粒之間的接觸數(shù)（Ns）與茶葉顆?？偟慕佑|（Ntotal），通過式（11）計(jì)算茶鮮葉和水顆粒在離心脫水筒內(nèi)的離散度q。

通過數(shù)據(jù)分析，得出從離心筒內(nèi)向外送風(fēng)時(shí)水洗茶鮮葉的離散度（圖6）和從離心筒外向內(nèi)送風(fēng)時(shí)水洗茶鮮葉的離散度（圖7）。從圖6可以看出，當(dāng)水洗茶輸入離心筒瞬間，茶鮮葉顆粒和水顆?；ハ嗑奂?，隨著茶葉的下落，在風(fēng)力的作用下，顆?？焖俜稚ⅲ侣? s時(shí)的離散度接近45%。從圖7中可以看出，水洗茶鮮葉下落1 s時(shí)的離散度接近23%。從離心筒內(nèi)向外送風(fēng)，水洗茶鮮葉離散度為從離心筒外向內(nèi)送風(fēng)的1.95倍，更利于后續(xù)脫水效率的提高及自動(dòng)出茶。

2.3 茶鮮葉脫水的數(shù)值模擬

設(shè)置上述各參數(shù)，進(jìn)行茶鮮葉脫水過程的數(shù)值模擬，得到如圖8所示云圖。對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)脫水后的顆粒中水顆粒的顆粒數(shù)，與脫水前顆粒數(shù)進(jìn)行比較，得出離心脫水率為88.21%。

圖6 從離心筒內(nèi)向外送風(fēng)時(shí)水洗茶鮮葉的離散度Fig. 6 Discrete degree of fresh tea leaves when wind blows out from the barrel

圖7 從離心筒外向內(nèi)送風(fēng)時(shí)水洗茶鮮葉的離散度Fig. 7 Discrete degree of fresh tea leaves when wind blows into the barrel

圖8 水洗茶鮮葉脫水過程數(shù)值模擬Fig. 8 Numerical simulation of dewatering process of fresh leaves of washed tea

3 脫水過程因素分析與試驗(yàn)

3.1 脫水過程因素分析

初步的脫水過程數(shù)值模擬證明離心筒轉(zhuǎn)速、螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸與離心筒的旋轉(zhuǎn)速度差、風(fēng)速、茶葉顆粒大小與茶鮮葉在離心筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，同時(shí)，離心筒轉(zhuǎn)速及螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸與離心筒的旋轉(zhuǎn)速度差與茶鮮葉脫水時(shí)間有關(guān)。通過基于EDEM-FLUENT多相流耦合技術(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)[15]，研究不同因素對(duì)脫水率的影響。試驗(yàn)因素及水平見表4。

利用正交性原理和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，并據(jù)此進(jìn)行脫水過程數(shù)值模擬，模擬脫水結(jié)束后，用EDEM離散元軟件統(tǒng)計(jì)從出料口離開的茶顆粒與水顆粒的數(shù)量，與最初兩者顆粒的數(shù)量進(jìn)行比較并計(jì)算，以此獲得脫水率數(shù)據(jù)經(jīng)整理，所得結(jié)果如表5所示。

表4 試驗(yàn)因素及水平Table 4 Experimental factors and levels

表5 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果Table 5 Results of orthogonal test data analysis

綜合分析表5，可以得出各因素對(duì)茶鮮葉脫水率的影響趨勢(shì)：

（1）B因素所對(duì)應(yīng)的的脫水率均值方差值最大，可見離心筒和螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度差（因素B）對(duì)茶鮮葉的脫水率影響最為明顯。兩者轉(zhuǎn)速差越小，意味著茶鮮葉脫水時(shí)間越長(zhǎng)，脫水率越高；但從數(shù)據(jù)可以看到速度差的減小，并未使得脫水率明顯提高，這是因?yàn)椴桴r葉表面存在不易脫去的較薄水膜，同時(shí)，茶鮮葉在離心筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，將導(dǎo)致茶鮮葉破碎，影響鮮葉質(zhì)量。

（2）A因素所對(duì)應(yīng)的脫水率均值方差值次之，可見離心筒的轉(zhuǎn)速（因素A）對(duì)茶鮮葉的脫水率影響較大。茶鮮葉的脫水率隨著離心筒轉(zhuǎn)速的增加先增加后減小。這是由于當(dāng)離心筒轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，茶鮮葉和水顆粒受到的離心力不斷增大，大量的水顆粒從離心筒壁上的小孔甩出；但當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定范圍后，離心力的增大，導(dǎo)致茶鮮葉緊貼離心筒并堵住小孔，阻礙分離水的流出，致使脫水率降低。

（3）D因素所對(duì)應(yīng)的的脫水率均值方差值較小，可見風(fēng)速（因素D）的大小對(duì)茶鮮葉脫水率的影響較小。其主要貢獻(xiàn)在于顆粒的分散，在滿足茶顆粒離散度要求以后，短時(shí)間內(nèi)，茶鮮葉的脫水主要通過離心作用力實(shí)現(xiàn)。

（4）C因素所對(duì)應(yīng)的的脫水率均值方差值最小，可見茶鮮葉顆粒的大?。ㄒ蛩谻）對(duì)脫水率影響小。在較優(yōu)水平組合中將略去C因素。

綜合上述分析，可以確定離心脫水主要因素的較優(yōu)水平組合為A2B3D1。

3.2 試驗(yàn)

根據(jù)上述理論研究結(jié)果，進(jìn)行了樣機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。如圖9所示，試驗(yàn)用茶葉品種為龍井長(zhǎng)葉，標(biāo)準(zhǔn)為一芽二葉的夏秋茶，脫水參數(shù)根據(jù)理論研究結(jié)果設(shè)定，茶鮮葉水洗后，連續(xù)輸送至離心脫水機(jī)脫水。通過多次試驗(yàn)并稱量茶鮮葉脫水前后的質(zhì)量，計(jì)算得其表面脫水率高達(dá)92%以上。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，茶鮮葉離心脫水設(shè)備的產(chǎn)量約為200 kg·h-1。

圖9 茶鮮葉離心式連續(xù)脫水機(jī)結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig. 9 Structure of centrifugal and continuous dewatering and testing site

4 結(jié)論與討論

茶鮮葉離心脫水的效率和效果取決于茶葉顆粒和水顆粒所構(gòu)成的離散場(chǎng)與風(fēng)所構(gòu)成的流場(chǎng)之間的有效組合，同時(shí)也和離心脫水設(shè)備的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)相關(guān)。若按照傳統(tǒng)的研究方法對(duì)茶葉的脫水加工設(shè)備進(jìn)行改造和研發(fā)則具有較大的盲目性。本研究采用離散場(chǎng)—流場(chǎng)的多相流耦合技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)踐，開展對(duì)茶鮮葉離心脫水設(shè)備的研究，取得了較好的結(jié)果。研究表明，在由離心筒內(nèi)向外送風(fēng)的情況下，離心筒與螺旋推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)速度差對(duì)脫水效果的影響最大，離心筒轉(zhuǎn)速對(duì)脫水效果影響次之，風(fēng)速對(duì)脫水效果影響相對(duì)較小。該研究方法具有研發(fā)投入低、效率高、目標(biāo)明確、理論結(jié)果與實(shí)際相接近等優(yōu)點(diǎn)，可用于其他茶葉加工設(shè)備的研發(fā)，且具有現(xiàn)實(shí)的工程意義和研究?jī)r(jià)值。

然而茶鮮葉表面水的脫水過程不僅與結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)相關(guān)，還與茶鮮葉的物料特性等相關(guān)，可以進(jìn)行更深層次的研究。同時(shí)，本研究受限于計(jì)算機(jī)計(jì)算能力，模擬的顆粒數(shù)較少，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，可以施加更大數(shù)量級(jí)的顆粒進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，使結(jié)果更加接近于實(shí)際。

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Study on Parameter Optimization of Centrifugal and Continuous Dewatering of Tea Leaves Based on Numerical Simulation of Multiphase Flow

ZHU Zhinan1, ZHAO Zhangfeng1*, ZHONG Jiang1, ZHOU Rengui2, ZHANG Xian1
1. Key Laboratory of Special Purpose Equipment and Advanced Processing Technology, Ministry of Education, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China; 2. Zhejiang Chunjiang Tea Machinery Co, Ltd, Hangzhou 311422, China

In order to improve the dewatering rate and achieve continuous dewatering, a concept of increasing the dispersion of tea leaves through venting, and using the multiphase flow coupling technology of discrete field - flow field was introduced based on the centrifugal dewatering principle. The centrifugal dewatering process of fresh tea leaves was numerically simulated and verified by experiments to determine the factors affecting the dewatering rate. It was found that the difference of rotational speeds between centrifugal barrel and spiral body had the greatest influence on the dewatering effect in the case that the direction of blowing air was outward from the centrifugal barrel. The centrifugal speed ranked the second on the dewatering effect. The speed of wind had the least effect on the dewatering effect.

tea, centrifugal dewatering, air duct, multiphase flow coupling

TS272.2；S233.75

A

1000-369X(2017)03-280-10

2016-12-12

：2017-02-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2014BAD06B06）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31201138）

朱志楠，男，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)裝備及自動(dòng)化研究，E-mail：zzn_zjut@163.com。*通訊作者：i12fly@163.com