滾筒式茶葉熱風復干機設計與試驗

張開興 王文中 趙秀艷 劉賢喜，3

(1.山東農業大學機械與電子工程學院，泰安271018;2.山東農業大學信息科學與工程學院，泰安271018;3.山東省農業裝備智能化工程實驗室，泰安271018)

0 引言

日照綠茶因產于特定的地理環境，在色、香、味、形方面有別于其他綠茶，具有極大的開發潛力。茶葉的加工分為殺青、揉捻及干燥等工序，復干是茶葉加工中的一種干燥方式，是對茶葉進行再加熱干燥的工藝流程，對提高茶葉的品質具有重要意義［1-3］。國內對茶葉加工設備的研制起步較早，根據茶葉物料烘焙時具有遲滯、大慣性和非線性的特點，李兵等［4］設計了一種基于動態矩陣控制的茶葉烘干機，運用DMC-PID 串級溫度控制系統，提高了茶葉烘干機的溫度控制精度及成茶品質。針對工作溫度對復干機的影響，福建晟境農業有限公司［5］設計了一種在較低溫度下對茶葉進行均勻充分復干的茶葉復干機，實現了低溫情況下的茶葉復干作業，大大提高了復干的效率。針對現有復干機工作效率低，導致復干后茶葉整體質量偏低等問題，劉金黎［6］設計了一種熱風式復干機，不僅提高了復干過程效率，縮短了復干時間，同時也使復干后的茶葉質量更高。目前國外尚未有對復干機的相關報道。

上述研究雖在復干機的結構和加熱方式上有所改進，但并未實現復干過程的清潔化、自動化與智能化，且多采用經驗或者通過試驗對比茶葉的品質進行裝備的研發，缺少理論支撐。近年來，隨著計算流體動力學(CFD)及離散元法(DEM)的發展，數值模擬技術已成為研究多相流和結構優化的重要工具［7-9］?；诖?，本文設計一種集整形、干燥、炒制和提香于一體的滾筒式茶葉熱風復干機，采用CFDDEM 耦合的方法對復干過程進行數值模擬，驗證復干機各設計參數的正確性，通過樣機試驗驗證復干機性能的可靠性。

1 整機結構與工作原理

1.1 整機結構

滾筒式茶葉熱風復干機主要由滾筒、滾筒外殼、熱風控制柜、機架、傳動機構等組成，整機結構如圖1 所示。

1.2 工作原理

滾筒外殼通過兩側的轉軸支撐在機架上，工作時，打開熱風控制柜的風量調節器，熱風通過方圓變徑管散發進滾筒外殼中，對滾筒壁面進行加熱，滾筒后方的排風扇使熱風分布更加均勻，驅動電機驅動滾筒旋轉，防滑筋帶動茶葉翻轉，使茶葉更均勻受熱，防止茶葉變色，炒板自動擠壓茶葉，使茶葉外形更加緊湊。復干機上設有溫濕度傳感器，直至復干到成品茶的含水率達到要求，電機帶動絲杠升降機運轉，從而拉動進出料口上下擺動，自動出茶。復干過程中，由于熱風和茶葉之間存在溫度、壓力等不平衡勢，相互作用引起傳熱傳質，使得在茶葉溫度升高的同時內部水分降低，從而達到復干的目的。

圖1 整機結構示意圖Fig.1 Sketch of complete machine structure

1.3 技術參數

滾筒式茶葉熱風復干機主要技術參數如表1 所示。

表1 主要技術參數Tab.1 Main technical parameters

2 關鍵部件設計

2.1 滾筒

滾筒由筒體、前輪盤、后輪盤、前炒板、后炒板及防滑筋等組成，結構示意圖如圖2 所示。筒體所用原材料為1.5 mm 厚的304 不銹鋼板，以保證滾筒有足夠的強度與剛度，避免在茶葉加工過程中發生形變。前后輪盤是滾筒的重要支撐部位，采用3 mm厚的不銹鋼板制作，在保證剛度、強度的同時可以減小輪盤與支撐滾輪之間的滾動摩擦阻力［10］。

如圖2b 所示，在滾筒內壁設計有防滑筋和炒板，為了選擇合適的防滑筋及炒板形狀，進行茶葉拋撒試驗，結果表明，當防滑筋形狀為正三角形時，茶葉在滾筒的拋撒效果最佳，參照《農業機械設計手冊》并根據試驗，將防滑筋均勻布置在筒體內壁，間隔60°，高度30 mm。為了使茶葉外形更加緊湊，造型最佳，在筒體的前端布置3 塊螺旋炒板，根據筒體的尺寸，炒板的高度設計為85 mm，長度450 mm，間隔120°，同理在筒體的后端每隔60°布置有后炒板。

圖2 滾筒結構示意圖Fig.2 Sketches of drum structure

2.1.1 滾筒尺寸

設計的復干機一次可復干35 kg 茶葉，考慮到良好復干的效果及熱風作用所能達到的范圍，初定滾筒軸向長度L =750 mm，茶葉顆粒的平均密度為532 kg/m3，則35 kg 茶葉所占體積為0.066 m3，為保證復干過程中滾筒中的茶葉不被拋撒到滾筒外部，取滾筒中茶葉的體積占滾筒總容積的15%，則滾筒半徑R 計算公式為

式中 Vt——35 kg 茶葉所占體積，m3

計算得R=0.43 m，取R=0.5 m。

2.1.2 滾筒轉速

由于茶葉離心力的存在，滾筒的實際轉速應小于極限轉速。當茶葉運動到滾筒最高點時，對茶葉進行受力分析，如圖3 所示。

圖3 K 點茶葉顆粒受力分析Fig.3 Force analysis of tea granule at K point

茶葉顆粒在最高處K 點時開始向下拋落，此時忽略防滑筋對茶葉的影響，茶葉本身的重力G 與離心力FR相等，即

其中

聯合可得

式中 m——茶葉總質量，kg

nlim——滾筒的極限轉速，r/min

g——重力加速度，m/s2

ω——角速度，rad/s

計算得滾筒極限轉速nlim=42.28 r/min。試驗表明，當滾筒轉速大于極限轉速時，茶葉將緊貼滾筒內壁隨滾筒轉動而無法拋落，造成焦葉現象;當滾筒轉速較低時，茶葉轉動過程中未形成料幕，降低復干效果，滾筒實際速度取極限轉速的30% ～45%較為理想［11-12］。

2.2 傳動系統

傳動系統主要由驅動電機、主動帶輪、從動帶輪、傳送帶、支撐滾輪(以下簡稱滾輪)及滾筒等組成，其基本功能是將驅動電機發出的動力傳遞給滾筒，如圖4 所示，復干機工作時，驅動電機帶動同軸的主動帶輪轉動，通過傳送帶帶動與從動帶輪焊接在一起的滾筒轉動，滾筒安放在兩側的4 個滾輪上，滾輪在兩端支撐輪盤的輪槽內轉動，滾輪既可以支撐滾筒，又可以限制滾筒沿軸向移動，保證滾筒轉動的平穩性。

圖4 復干機傳動系統簡圖Fig.4 Drive system of re-dryer machine

目前滾筒式茶葉加工裝備多采用滾輪摩擦傳動支撐，其優點在于不用考慮中心軸及兩端的支撐法蘭等。滾輪與支撐輪盤之間的運動形式為純滾動，滑動摩擦忽略不計，故傳動過程中，帶輪傳遞的動力只需克服啟動時滾輪的阻力即可［13］。為了測定驅動滾筒所需的驅動力，在滾筒周向進行5 次加載試驗，測得驅動力分別為180、182、178、181、179、180 N，計算得滾筒自身的驅動力平均為180 N，當筒體直徑為0.5 m 時，計算得平均轉矩M=90 N·m，當滾筒靜止時受力分析如圖5 所示，有

式中 m0——滾筒及茶葉的總質量，kg FN——滾輪對滾筒的支撐力，N

θ——滾輪中心和滾筒中心的連線與豎直方向的夾角

圖5 滾筒靜止時受力分析Fig.5 Force analysis of drum at still

復干機逆時針方向啟動時，對啟動瞬間受力分析如圖6 所示，圖中在M(M′)、N(N′)4 處產生滾動靜摩擦力，且力的方向與滾筒運動趨勢相反，滾動靜摩擦力計算公式為

式中 Ff——單個滾輪對滾筒的靜摩擦力，N

μ——靜摩擦因數，取0.3

若要滾筒正常工作，啟動扭矩需大于等于靜摩擦力產生的轉矩M。轉矩M 計算公式為

式中 r——滾筒左右輪盤的半徑，mm

D——滾筒兩端支撐輪盤的直徑，為580 mm

聯合式(5)～(7)可得

經計算得θ=40°。

圖6 滾筒啟動瞬間受力分析Fig.6 Force analysis of drum at start-up instant

2.3 熱風控制柜結構設計與總功率計算

熱風控制柜主要由風量調節器、熱風柜、控制箱及DF-2-1 型風機等組成，結構示意圖如圖7 所示。其中，DF-2-1 型多翼式風機功率為550 W，流量為860 m3/h，噪聲為76 dB(A)，轉速為2 800 r/min，滿足復干機的實際工作要求。在熱風控制柜的進風管處設有風量調節器，它是一種通過平衡器中的硅膠氣囊感應流經風管氣流的裝置，可以根據不同壓力自動收縮和膨脹，實現風量的改變，使熱能利用率最大化。

圖7 熱風控制柜結構示意圖Fig.7 Schematic of thermal control cabinet

在工作過程中，溫度是影響茶葉品質的主要因素之一，而溫度由熱風爐的加熱功率所決定［14］。根據茶葉加工工藝要求，復干前茶葉制葉中含水率為15% ～20%，復干結束后含水率不大于6%。

復干過程中含水率由20%下降到6%，則水分的汽化熱為

式中 Qq——復干過程中水分散失所需汽化熱，kJ

c——水比熱容，kJ/(kg·K)

Q——水在100℃時的汽化熱，kJ/kg

W1——復干前制品含水率

W2——復干后制品含水率

T1——水沸點，℃

T2——工作室溫，℃

復干過程中含水率為20%的茶葉制品升溫所吸收的熱量為

式中 QY——復干過程茶葉制品升溫所吸收的熱量，kJ

ms——茶葉制品中水分總質量，kg

cg——復干后茶葉比熱容，kJ/(kg·K)

mg——復干后茶葉質量，kg

T3——復干機工作時提供的最高溫度，℃

由于復干機滾筒為一個不封閉的系統，在復干機工作過程中，存在一定的熱量損失［15-16］，經查閱相關茶葉加工設備的資料及經驗，可取加工過程中熱效率系數為η=0.65。則復干過程中所需的總熱量為

聯合式(9)～(11)可得QZ=6.1 kW·h。

由計算結果，同時考慮到工作的安全性，選擇電熱總功率為6.5 kW 的熱風控制柜作為復干機的加熱源。

3 加熱滾筒模型建立與仿真分析

在復干機工作過程中，其滾筒內部溫度高達160℃，直接觀察滾筒內茶葉顆粒的運動情況不切實際，通過傳統的方式測量內部溫度變得非常困難。計算流體力學(CFD)與離散元法(DEM)被廣泛應用于農業工程領域［17-19］，本文將茶葉顆粒視為離散相，將熱風視為連續相，采用CFD-DEM 耦合方法對復干機滾筒內茶葉顆粒的運動情況進行模擬分析。

3.1 模型建立

3.1.1 流場數學模型

在復干過程中，由于連續相與離散相之間相互作用相互影響，在Fluent 原有Eulerian 模型的基礎上引入體積分數φ，在不考慮兩相之間質量傳遞的情況下，氣體的連續方程和動量守恒方程分別為

式中 ρg——氣流密度，kg/m3

vg——氣流速度，m/s

μg——動力粘度，Pa·s

S——阻力動量項

p——氣體微元體壓力，Pa

流體與顆粒之間有相對運動時，將發生動量傳遞，顆粒表面對流體的影響主要表現為阻力，流體對顆粒表面的影響主要表現為曳力，Basset 力和Saffman 升力的影響遠小于曳力，忽略不計。通過計算流體相與顆粒相之間相對運動產生的阻力動量項S 實現耦合［20-21］，表達式為

其中

式中 FD——氣流阻力，N

V——網格單元體積，m3

A——顆粒投影面積，m2

CD——阻力系數 Re——雷諾數

vp——顆粒速度，m/s

dp——茶葉顆粒直徑，mm

為研究熱風對茶葉的影響，需對滾筒內流場進行仿真分析，滾筒內氣體流動狀態與雷諾數有關，通過計算得出其值遠大于湍流的臨界值，故滾筒內氣體的流動形態為湍流。

3.1.2 接觸模型

在進行離散元分析時，顆粒與顆粒及邊界之間必然存在接觸，根據接觸方式的不同可分為硬球模型接觸和軟球模型接觸，軟球模型接觸方式允許顆粒間接觸點間出現重疊部分，可以用來模擬兩個及兩個以上的顆粒間碰撞情況，并根據接觸顆粒的物理屬性和法向重疊量、切向位移計算接觸力，而顆粒間內摩擦力即切向力與法向力有密切的聯系，因此本文采用軟球接觸模型?？紤]到顆粒與滾筒及熱風之間存在熱交換，故選用Hertz-Midlin with Heat Conduction 接觸模型進行求解。

3.1.3 滾筒物理模型

復干過程中，茶葉的運動主要發生在圓柱段，為提高網格質量從而提高計算的精度，將圓弧段模型省去，只對滾筒的圓柱段進行模擬分析，并對其進行等效轉化［22］。簡化后的滾筒模型如圖8a 所示，滾筒直徑1 000 mm，長度750 mm;滾筒內壁均勻分布有6 根防滑筋，其高度30 mm，長度750 mm。采用ANASYS 16.0 軟件的Meshing 模塊對滾筒內流場進行網格劃分，劃分結果如圖8b 所示，網格總數為49 918，最大網格體積為1.045 ×10-4mm3，最小體積為7.94 ×10-8mm3。

圖8 加熱滾筒實體模型及網格模型Fig.8 Solid model and mesh model of heating roller

3.1.4 離散元模型

經殺青、揉捻、炒干后的茶葉，形狀多數近似球形，為減少計算量，將茶葉簡化為呈正態分布的球形顆粒進行模擬分析，當量直徑設置為5 mm，球形顆粒形狀較為簡單，因此在EDEM 軟件中直接生成。

3.2 仿真參數設置

運用ANSYS 16.0 與EDEM 2.7 軟件進行聯合仿真;氣體相在Fluent 軟件中進行求解，選用標準k-ε 湍流模型同時開啟能量方程;設定入口邊界為速度入口，大小為0.5 m/s;入口氣體溫度為433 K;設定出口邊界為壓力出口;設定壁面熱傳導系數為10，壁厚為1.5 mm;設定壁面溫度為433 K。

固體相在EDEM 軟件中進行求解，顆粒與壁面間的相互作用采用Hertz-Mindlin(No Slip)模型;顆粒與顆粒間采用Hertz-Mindlin with Heat Conduction模型;設定筒體轉速;采用動態生成顆粒的方法，設定顆粒初始溫度為293 K。

選用歐拉-歐拉耦合方法，耦合模塊中阻力模型采用Ergun and Wen and Yu;熱傳遞模型采用Li＆Mason;設置EDEM 時間步長為4 ×10-5s，Fluent時間步長為2 × 10-3s;設置Fluent 仿真步數為1 750 步，即仿真總時間為3.5 s;設置Max Iterations/Time Step 為60，即每個時間步長最多迭代60 次;為盡可能詳細提取顆粒的運動信息，在EDEM 和Fluent 內，每0.002 s 保存一次數據。茶葉與滾筒的本構參數如表2 所示。

表2 茶葉及滾筒的本構參數Tab.2 Constitutive parameters of tea and roller

為了研究茶葉復干機工作性能，對復干機的實際工作轉速n 進行考察。通過CFD-DEM 模擬不同轉速下茶葉分離比率及茶葉溫度變化情況，探尋影響復干特性的機理以及最佳實際轉速。

3.3 仿真結果分析

3.3.1 轉速對茶葉分離比率的影響

在工作過程中，茶葉在滾筒內的離散程度對復干的均勻性及茶葉的品質有較大的影響，本文依據GUPTA 等［23］提出的通過接觸數來描述顆粒混合程度的方法分析茶葉在滾筒內的離散程度，其計算公式為

式中 q——分離比率

Cp——茶葉顆粒間的接觸數

Ct——總接觸數

通過q 表征茶葉顆粒的離散程度，其值越小則表明茶葉顆粒間越稀疏，離散效果越佳，越有利于復干的均勻性;反之不利于茶葉的復干。利用EDEM軟件后處理模塊記錄不同時刻的茶葉接觸數，通過對統計數據進行整理得到3 種轉速下的分離比率曲線，如圖9 所示。

圖9 茶葉顆粒分離比率變化曲線Fig.9 Variation curves of separation ratio of tea particles

由圖9 可知，初始階段3 種工況下茶葉的分離比率均持續升高，主要是由于此階段茶葉顆粒間的接觸占主導地位;隨著滾筒的轉動，在茶葉即將進入拋撒狀態時，3 種工況下的分離比率均達到峰值，在拋撒階段分離比率達到低谷。當滾筒轉速為10 r/min 時茶葉顆粒的分離比率最大，20 r/min 時分離比率最小。滾筒轉速較低時，茶葉在筒體內形成料幕面積小，不利于復干;滾筒轉速較高時，會造成碎葉現象，降低茶葉的品質。綜上，當滾筒轉速為15 r/min 時，茶葉分離比率為最優，復干效果最佳。

3.3.2 轉速對茶葉顆粒溫度變化的影響

通過EDEM 后處理模塊，對復干過程中不同溫度的茶葉顆粒進行著色，進而更直觀地觀察復干過程中溫度變化［24-25］，圖10 為復干過程中筒體內3種工況同一時刻茶葉顆粒溫度分布情況，從圖中可以看出，茶葉顆粒在運動過程中顏色不斷變化，即熱風與茶葉顆粒之間實現了耦合。

通過對數據提取分析，得到了3 種工況下茶葉顆粒平均溫度變化曲線，如圖11 所示。

由圖10、11 可知，3 種工況下茶葉顆粒的平均溫度均能夠趨于穩定值。其中，當轉速為20 r/min時，茶葉顆粒平均溫度達到穩定值所用時間最短，但此轉速下存在少量茶葉顆粒溫度偏高現象，將會導致復干的不均勻;當轉速為10 r/min 時，雖然茶葉顆粒溫度不存在偏高或偏低現象，但茶葉顆粒平均溫度達到穩定值所用時間最長，筒體轉動過程中茶葉顆粒未形成料幕，減少了與熱風之間的接觸，將會降低復干的效率;當轉速為15 r/min 時，筒體內茶葉顆粒平均溫度達到穩定值時間相對較短且茶葉顆粒在隨筒體轉動過程中能夠形成良好的料幕，茶葉與熱風之間充分接觸，復干效果能夠達到最佳狀態。綜上可得當滾筒轉速為15 r/min 時，能夠使茶葉顆粒的溫度變化達到最優，在工作過程中茶葉受熱更加均勻。

圖10 3 種工況同一時刻茶葉顆粒溫度分布Fig.10 Temperature distributions of tea particles at the same time under three working conditions

圖11 茶葉顆粒平均溫度變化曲線Fig.11 Variation curves of average temperature of tea particles

4 試驗

4.1 試驗條件

為了驗證茶葉復干機各參數設計的合理性、工作性能的可靠性及復干后茶葉品質是否符合茶葉的質量標準要求，2019 年9 月在日照盛華茶葉機械股份有限公司進行復干機樣機試制并進行試驗，樣機試驗包括茶葉復干機性能試驗與對照試驗，試驗條件相同。

試驗儀器及設備包括復干機、電子天平、秒表、臺秤、碎茶測定儀、便攜式紅外線測溫儀、電表、工具包等，復干機試驗樣機如圖12 所示。

4.2 試驗方法與評價指標

選用三級鮮葉作為原料，復干前制葉含水率為15% ～20%，滾筒轉速為15 r/min，為了更好表明復干機的作業性能，設計了一組傳統的滾筒式茶葉復干機試驗與本文所設計的復干機相對照，待兩組試驗完成后，考察兩組試驗的結果。目前我國對茶葉復干機性能尚未有專門的試驗方法和作業質量指標，本文試驗參考JB/T 10808—2007《茶葉加工成套設 備》、Q/SH 001—2018《茶 葉 復 干 機》及GB/T 23776—2018《茶葉感官評審方法》，試驗指標主要有:生產率、含水率、碎茶率及有效工作溫度、茶葉感官評審等。

圖12 復干機試驗樣機Fig.12 Experimental prototype of re-dryer machine

(1)生產率:用計時器記錄完成一次茶葉復干所用時間，稱取試驗后茶葉的總質量，則生產率計算公式為

式中 Y1——生產率，kg/h

M1——試驗后茶葉質量，kg

t——試驗時間，h

(2)含水率:對加工前后茶葉的質量進行稱量，抽取茶葉樣品按對角線多點法(不少于8 點)隨機取樣，充分混合均勻后，稱取測定小樣10 g，按照GB/T 8304—2013 的規定測定茶葉的含水率，計算公式為

式中 Y2——試驗后茶葉含水率，%M2——試驗前茶葉質量，kg

(3)碎茶率:取試驗后的茶葉100 g 左右，按照GB/T 8311—2013《茶 粉末和碎茶含量測定》要求對樣品進行測定。計算公式為

式中 Y3——碎茶率，%

M3——篩下碎茶質量，kg

M——試驗茶葉總質量，kg

(4)電耗率:對試驗前后的茶葉進行稱量，通過電表得到復干一次的耗電量，則電耗率計算公式為

式中 Y4——電耗率，kW·h/kg

N——復干機運轉耗電量，kW·h

(5)有效工作溫度:在筒體中段內壁徑向圓周方向取4 點，每個點之間相隔90°，用便攜式紅外線測溫儀離筒體進出口端5 ～10 cm 處對4 點進行溫度的測定，每個點測量3 次，3 次溫度的平均值作為該點的溫度，最終將4 點的溫度平均值作為筒體內有效工作溫度。

4.3 試驗過程

試驗前先進行空載試驗，確保復干機能夠正常啟動、正常運行;試驗時，按照要求將復干機工作轉速、溫度調至合適值，然后將預先稱好的茶葉送至滾筒內，直至復干到成品茶的含水率達到要求(即試驗結束)，每次試驗對工作時間、加載功耗等參數進行記錄。

茶葉的感官評審過程:根據GB/T 23776—2018《茶葉感官評審方法》，采用勻堆取樣法對復干后的茶葉進行取樣評審，將復干后的茶葉拌勻成堆，從茶葉堆的8 個不同部位進行取樣，然后用分樣器選取150 g 兩份作為評審用樣，其中一份直接用于評審，另一份留存備用。

外形(形狀、色澤、凈度)評審方法:將評審茶樣置于評茶盤中，評審人員雙手握住評茶盤，用“簸”的手法，讓茶葉在評茶盤中從內向外按形態呈現從大到小的排布，分出上、中、下擋，然后目測評審茶葉外形。茶湯制備與評審方法:采用柱形杯評審法，取茶樣5.0 g，液料比50 mL/g 置于評審杯中，注滿沸水，加蓋浸泡4 min，按沖泡次序依次迅速將茶湯瀝入評茶碗中，評審湯色、嗅杯中葉底香氣、品嘗滋味，然后進行第2 次沖泡，時間4 min，瀝出茶湯依次評審湯色、香氣、滋味及葉底。結果湯色以第1 泡為主評判，香氣、滋味、葉底以第2 泡為主評判，樣茶評審試驗結果如圖13 所示。

圖13 樣茶評審Fig.13 Evaluation of tea samples

4.4 試驗結果與分析

待兩組試驗結束后，對數據進行整理，得到如表3 所示的對比試驗結果;為了檢測復干機加工后茶葉的品質，根據DB37/T 2709—2015《地理標志產品日照綠茶》標準相關規定，委托日照市產品質量監督檢驗所進行相關指標檢測，檢驗結果如表4 所示;為了分析對比兩組試驗加工后茶葉的感官品質，委托日照市茶葉產業協會組織相關專家進行了感官評審，并與DB37/T 2709—2015《地理標志產品日照綠茶》中規定的級別標準進行比較并判定級別，評審結果如表5 所示。

表3 復干試驗結果Tab.3 Experimental result of re-drying

表4 機制茶葉質量檢驗結果Tab.4 Quality inspection report of machine dried tea

表5 茶葉感官評審結果Tab.5 Results of sensory evaluation of tea

由表3 可知，復干后茶葉的含水率及碎茶率分別為3.5%、0.8%，復干機的生產率為65 kg/h，電耗率為0.6 kW·h/kg，滾筒內的平均有效工作溫度為130℃，滿足復干機的工作性能指標且各項指標均優于傳統的滾筒式復干機。由表4 可得，利用復干機加工后得到的茶葉，經茶葉產業協會相關專家進行感官評審，各項評價指標均合格;由表5 可以看出，復干機炒制的茶葉與對照組相比，前者的勻整度、均一性明顯更好，且能更好地提毫留香，茶葉的色澤、滋味均好于后者，加工后的茶葉能夠達到特級。整個茶葉加工過程由復干機獨立完成，降低了茶葉生產中的勞動強度，對茶葉產業發展有著重要的現實意義。

5 結論

(1)設計了一種滾筒式茶葉熱風復干機，解決了復干機熱能利用率低、茶葉受熱不均勻及生產率低等問題，實現了復干過程中的智能化與清潔化;對關鍵部件進行了理論分析，給出了計算方法，確定了滾筒、傳動系統、熱風控制柜的結構與參數。

(2)運用CFD-DEM 耦合仿真方法分析了滾筒不同轉速下，筒體內茶葉顆粒的分離比率及平均溫度變化情況，分別建立了連續相及離散模型，得出滾筒轉速為15 r/min 時，茶葉顆粒分離比率及溫度變化達到最優，復干效果最佳。

(3)分別進行了復干機性能試驗與傳統滾筒式復干機試驗。結果表明:本文所設計的復干機加工后，茶葉的含水率及碎茶率分別為3.5%、0.8%，復干后茶葉中的總灰分含量為5.2%、水浸出物含量為43.6%、粗纖維含量為7.2%、游離氨基酸含量為4.6%，各項評價指標均合格;生產率為65 kg/h，電耗率為0.6 kW·h/kg，滾筒內的平均有效工作溫度為130℃，加工后茶葉的色澤、滋味均優于傳統復干機，茶葉在筒體內受熱更加均勻，機器性能指標均優于對照組。