風速對毛豆顆粒流態化行為影響的仿真分析

楊曉燕，錢 丹，樓曉華，李林建，許 彤，劉冬瑞

（1.四方科技集團股份有限公司，江蘇南通 226371；2.南通四方罐式儲運設備制造有限公司，江蘇南通 226371）

0 引言

流態化技術具有混合效率高、傳熱傳質快等優點，在生物質能源、礦業和食品等行業應用廣泛［1-2］。目前在食品行業，流態化技術主要用于蔬果類食品的快速干燥、凍結等。毛豆速凍常采用流態式速凍設備，將毛豆顆粒置于水平網篩上，在高速低溫氣流作用下，毛豆顆粒層產生“懸浮”，從而實現快速凍結效果［3］。

毛豆顆粒較大，屬于Geldart D顆粒范疇，在食品技術領域，對于毛豆流態化的研究報道不多見。在生物質、能源領域中，有許多關于Geldart D顆粒流態化行為的研究［4-5］。在食品顆粒流態化速凍領域，常見有通過布風板的結構［6-7］、不同的風機頻率和控溫方式［8］、脈動氣流［9］等方式改善食品顆粒流態化品質的舉措。對于C類（粒徑小于50 μm）和D類（粒徑大于2 mm）顆粒，流化速度高，混合質量受到形狀影響較大［10］。

在毛豆顆粒速凍過程中，為解決顆粒邊緣部分難以流化、易粘連等問題，本文利用CFD-DEM氣固耦合方法，探索毛豆顆粒流態化的行為特征，分析在不同進口風速下，毛豆顆粒的床層膨脹比和混合效率，為其速凍選擇合理的進口風速，保障其能夠充分混合均勻，并進行相關試驗驗證。為食品行業流態化設備改進和參數優化提供一定的技術支持。

1 數學模型

在CFD-DEM求解過程中，氣相使用Navier-Stokes方程進行求解［11］；顆粒作為離散相，使用力學平衡方程求解［12］。對于1組具有相同大小的顆粒，顆粒的平動和轉動約束方程如下：