基于閉式熱泵沸騰床干燥器流化特性與干燥的CPFD數(shù)值模擬

摘 要：采用閉式熱泵沸騰床干燥器可在高效干燥的同時(shí)實(shí)現(xiàn)干燥介質(zhì)除濕、加熱循環(huán)再利用，又因其結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化放大。為能夠進(jìn)一步地探究其顆粒的流化特性和干燥過(guò)程，基于計(jì)算流體力學(xué)Barracuda CPFD理論方法，以典型農(nóng)副產(chǎn)品胡蘿卜顆粒為例，對(duì)閉式熱泵沸騰床干燥器中胡蘿卜顆粒的流化特性和干燥過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算及分析。通過(guò)對(duì)比CPFD的模擬計(jì)算數(shù)據(jù)及同等條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，Ganser曳力模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)胡蘿卜顆粒在沸騰床中的流化特性和干燥效果。該文驗(yàn)證CPFD的數(shù)值計(jì)算方式能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)閉式熱泵沸騰床干燥器內(nèi)部的顆粒流化特性和干燥過(guò)程，具有十分廣大的應(yīng)用前景，為同類(lèi)型的沸騰床干燥器的工業(yè)級(jí)放大的研究以及新型閉式熱泵沸騰床干燥器的工藝設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)配提供可靠的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：閉式熱泵沸騰床；流化特性；CPFD；干燥；胡蘿卜顆粒；曳力模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ02 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）29-0027-07

Abstract： The use of a closed heat pump fluidized bed dryer can achieve dehumidification， heating and recycling of the drying medium at the same time of efficient drying， and because of its relatively simple structure， it is easy to realize industrial scale-up. In order to further explore the fluidization characteristics and drying process of carrot particles in a closed heat pump fluidized bed dryer， the fluidization characteristics and drying process of carrot particles in a closed heat pump fluidized bed dryer were numerically simulated and analyzed based on Barracuda CPFD theory. By comparing the simulation data of CPFD and the experimental data under the same conditions， the Ganser drag model can accurately predict the fluidization characteristics and drying effect of carrot particles in the fluidized bed. This paper verifies that the numerical calculation method of CPFD can accurately predict the particle fluidization characteristics and drying process in the closed heat pump fluidized bed dryer， which has a very broad application prospect， and provides reliable guidance for the industrial scale-up study of the same type of fluidized bed dryer and the process design and parameter allocation of the new closed heat pump fluidized bed dryer.

Keywords： closed heat pump fluidized bed; fluidization characteristics; CPFD; drying; carrot particles; drag model

干燥技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在我們的生產(chǎn)、生活中都有著重要作用，在農(nóng)業(yè)、化工、食品等行業(yè)中的應(yīng)用至關(guān)重要，涉及領(lǐng)域十分廣泛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的作用[1]。干燥技術(shù)在延長(zhǎng)產(chǎn)品的儲(chǔ)存時(shí)間和提高糧食質(zhì)量等方面發(fā)揮重要作用。糧食的干燥利用熱質(zhì)交換的原理，使糧食中的水分逐步減少，這個(gè)過(guò)程中涉及熱力學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)和流體力學(xué)等學(xué)科的交叉融合，是一項(xiàng)十分復(fù)雜的生產(chǎn)加工技術(shù)[2]。糧食作為一種生命化學(xué)體，其干燥過(guò)程受到內(nèi)部因素和外部因素的影響，內(nèi)部因素指不同糧食具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和不同的含水率，外部因素指干燥過(guò)程中不同的介質(zhì)溫度、濕度、流速，不同的干燥工藝和設(shè)備等，這導(dǎo)致糧食干燥技術(shù)的研究十分困難。采用閉式熱泵沸騰床干燥器可在高效干燥的同時(shí)實(shí)現(xiàn)干燥介質(zhì)除濕、加熱循環(huán)再利用，又因其結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化放大。

計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法以及計(jì)算顆粒流體力學(xué)（CPFD）方法的引入使得國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)流化床中顆粒干燥的過(guò)程以及氣固兩相流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了大量的研究。Fernanda等[3]利用歐拉－歐拉方法建立二維流體流動(dòng)模型，對(duì)大豆粉在流化床內(nèi)的干燥過(guò)程進(jìn)行模擬，探究了溫度、流速、床層高度對(duì)干燥過(guò)程的影響。焦楊等[4]以CFD計(jì)算軟件Fluent平臺(tái)，采用歐拉-拉格朗日模型對(duì)潮濕細(xì)煤氣流分級(jí)器內(nèi)的空氣流場(chǎng)進(jìn)行模擬，得到分級(jí)器中流場(chǎng)的氣流速度、流場(chǎng)靜壓分布情況，以及不同粒徑細(xì)粒煤在分級(jí)器中的運(yùn)動(dòng)軌跡。El-behenry等[5]在歐拉-拉格朗日模型基礎(chǔ)上，綜合考慮顆粒碰撞力、曳力、旋轉(zhuǎn)力以及湍流擴(kuò)散等影響因素下，模擬氣流干燥管內(nèi)的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。Wang等[6-7]研究了流化床內(nèi)CPFD模擬過(guò)程中，網(wǎng)格尺寸、顆粒濃度、曳力模型和氣流流動(dòng)特性等主要因素對(duì)氣固兩相流流動(dòng)行為的影響。與此同時(shí)，姚心等[8]基于CPFD對(duì)2種典型的流化床反應(yīng)器的顆粒-流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的契合度，驗(yàn)證了CPFD方法在模擬流化床干燥器內(nèi)的顆粒-流體流動(dòng)特性及干燥過(guò)程的有效性。

以往的研究工作為閉式熱泵沸騰床干燥的研究過(guò)程提供了重要的理論支撐。本文將在已有的研究基礎(chǔ)之上，基于Barracuda商用軟件[9]構(gòu)建閉式熱泵沸騰床CPFD理論，CPFD方法不同于經(jīng)典計(jì)算流體力學(xué)之處，該方法將顆粒與流體區(qū)分開(kāi)，能夠真實(shí)地模擬顆粒的運(yùn)動(dòng)特性，同時(shí)減少了接觸檢索中消耗的大量時(shí)間，提高了模擬效率，通過(guò)成熟的顆粒動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算顆粒間相互作用。同時(shí)，在傳統(tǒng)的“流體微團(tuán)”概念的基礎(chǔ)上，提出“顆粒微團(tuán)”概念，將多個(gè)真實(shí)顆粒融合在一個(gè)“計(jì)算顆粒”中，并且賦予這些真實(shí)顆粒相同的物理化學(xué)變化及物質(zhì)屬性[10]。本文以胡蘿卜顆粒作為典型農(nóng)副產(chǎn)品代表，并且采用該軟件研究了自主研發(fā)的閉式熱泵沸騰干燥系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)中試規(guī)模下的顆粒沸騰干燥過(guò)程中的流動(dòng)特性以及干燥情況，獲得與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相匹配的模型，為以后的閉式熱泵沸騰干燥系統(tǒng)工業(yè)級(jí)放大提供理論基礎(chǔ)。

1 閉式熱泵沸騰干燥系統(tǒng)的計(jì)算方法

1.1 干燥流體控制方程的選用

CPFD方法的建立在歐拉體系及拉格朗日體系上，并在兩者之間不斷進(jìn)行切換，這與離散元法中通過(guò)2個(gè)求解器進(jìn)行耦合不同。CPFD方法將流體相及顆粒相放置在同一個(gè)求解器中求解，而計(jì)算過(guò)程中的穩(wěn)定性和切換時(shí)的守恒性得益于該方法中獨(dú)創(chuàng)的相間插值算子。Andrews等[11]最早提出CPFD方法，但其本質(zhì)是應(yīng)用了Multiphase particle-in-cell方法，這種方法的創(chuàng)新之處是將顆粒和流體的動(dòng)量方程在三維空間內(nèi)耦合求解，利用 Eulerian法對(duì)流體相處理，利用Navier-Stokes方程表示動(dòng)量方程，利用Lagrangian方法處理顆粒相，再與流體相方程相耦合。在CPFD方法中，每一個(gè)計(jì)算顆粒并不是物理意義的顆粒，是由多個(gè)賦予了相同尺寸、相同密度、相同溫度等屬性的單顆粒組成的“顆粒團(tuán)”，“顆粒團(tuán)”再作為一個(gè)整體參與到重力、摩擦力、碰撞等外力的計(jì)算。在干燥過(guò)程中氣體介質(zhì)和顆粒相的運(yùn)動(dòng)均是獨(dú)立控制計(jì)算的[12-13]。

對(duì)于氣相，控制方程為

式中：？茲f為氣體介質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)，？籽f為氣體介質(zhì)密度，t為時(shí)間，uf為氣體介質(zhì)流速。

氣相動(dòng)量方程為

式中：p為氣體介質(zhì)壓力，F(xiàn)為氣體介質(zhì)的宏觀應(yīng)力張量；τ為單位體積內(nèi)氣體與顆粒之間的動(dòng)量交換律；g為重力常數(shù)。

顆粒的動(dòng)量方程為

式中：up為干燥顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，Dp為相間曳力系數(shù)，？籽p為顆粒密度，？茲p為顆粒的體積分?jǐn)?shù)，？子p為顆粒法相應(yīng)力。

干燥顆粒間相互碰撞是基于顆粒法向應(yīng)力模型，如

式中：Ps為材料的參數(shù)系數(shù)，β為計(jì)算模型的自由參數(shù)，取值在2～5，？茲cp為干燥顆粒密集堆積時(shí)的體積分?jǐn)?shù)，？著為消除計(jì)算模型中奇異點(diǎn)而構(gòu)建的數(shù)量級(jí)為10-7的特有參數(shù)。

1.2 氣固曳力模型

相間曳力函數(shù)系數(shù)Dp與氣體流體黏度及干燥顆粒之間的關(guān)系為

式中：？滋f為干燥介質(zhì)（氣體）動(dòng)力學(xué)黏度，rp為顆粒半徑，系數(shù)fb根據(jù)模型而定。

稠密的氣相與固相在流動(dòng)過(guò)程中，特別是在垂直流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生氣固曳力[14]，這在數(shù)值模擬計(jì)算模型中準(zhǔn)確描述氣相與固相運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。當(dāng)前的CPFD數(shù)值模擬曳力模型中大多數(shù)將計(jì)算顆粒假設(shè)簡(jiǎn)化為球形，忽略其他外觀形狀。然而實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，相當(dāng)部門(mén)顆粒并非球形，而且顆粒的形狀將嚴(yán)重影響氣固兩相流態(tài)化行為，為了更貼近實(shí)際，準(zhǔn)確模擬非球形顆粒產(chǎn)生的曳力模型將更具價(jià)值。Chhabra等[15]對(duì)已知的多種模型如Ganser模型、Haider&Leven-spiel模型、Hartman模型、Chien模型以及Swamee&Ojha模型等5種氣固曳力模型進(jìn)行了深入的比較并得出結(jié)論，其中Ganser模型對(duì)非球形顆粒的曳力預(yù)測(cè)誤差最小。

1.2.1 Wen-Yu/Ergun曳力模型

Wen-Yu/Ergun曳力模型將Wen-Yu和Ergun 2種曳力模型結(jié)合在一起，將顆粒默認(rèn)為球形

，（6）

式中：fw，fe分別為Wen-Yu模型和Ergun模型中的系數(shù)參數(shù)。

式中：n0、n1、c0、c1、c2、c3、c4分別為取值-2.65、0.687、1、0.15、0.44、2、180的計(jì)算常數(shù)，Re為雷諾數(shù)。

1.2.2 Ganser曳力模型

Ganser曳力模型可應(yīng)用于各種非球形顆粒氣固兩相流動(dòng)過(guò)程的計(jì)算當(dāng)中，通過(guò)引入顆粒球形度的概念進(jìn)而對(duì)顆粒的受力情況及系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的修正

，（10）

式中：c5、c6、c7、n2、n3、n4、n5分別為取值0.111 8、0.017 94、3 305、-0.65、0.656 7、1.814 8、0.574的計(jì)算常數(shù)，？漬p為顆粒球形度。

1.3 顆粒的干燥模型

在Barracuda CPFD方法中，建立了水分的蒸發(fā)和冷凝的模型，將顆粒相關(guān)蒸發(fā)速率和產(chǎn)生相變時(shí)消耗或者釋放的能量等情況考慮進(jìn)來(lái)。Yaws等的研究表明，待干燥顆粒的溫度隨著干燥系統(tǒng)溫度的升高而升高，進(jìn)而使得顆粒當(dāng)中的水分揮發(fā)為水蒸氣，為了克服軟件不能夠設(shè)置物理反應(yīng)的缺點(diǎn)，因此可將其過(guò)程視為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其反應(yīng)速率可由氣液平衡關(guān)系推導(dǎo)得到的化學(xué)反應(yīng)速率來(lái)代替[16-17]，則有

式中：r為待干燥顆粒中水的蒸發(fā)速率，W為顆粒中水分的質(zhì)量，Ap為顆粒的表面積，kg為固定傳質(zhì)系數(shù)，MW為水的摩爾質(zhì)量，CS為顆粒表面水蒸氣的濃度（摩爾濃度），CB為顆粒表面周?chē)鷼怏w中水蒸氣的濃度（摩爾濃度）。

2 閉式熱泵沸騰床干燥模型的建立及邊界條件

閉式熱泵沸騰床干燥器主要由閉式熱泵循環(huán)系統(tǒng)、高壓引風(fēng)機(jī)及沸騰床床體等部分組成。熱泵作為沸騰干燥機(jī)的熱源，結(jié)合沸騰干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)，將熱泵蒸發(fā)器置于沸騰干燥機(jī)出口，廢氣通過(guò)沸騰床出口處的過(guò)濾布過(guò)濾后與蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的換熱，降低廢氣溫度至露點(diǎn)溫度以下，在實(shí)現(xiàn)廢氣除濕的同時(shí)，獲得大量水蒸氣的汽化潛熱，并通過(guò)熱泵機(jī)組將所吸收的水蒸氣汽化潛熱傳遞給經(jīng)除濕后的廢氣，從而使除濕后的廢氣溫度提高，進(jìn)而循環(huán)為沸騰床提供加熱后的干燥氣體。沸騰床料斗內(nèi)預(yù)先置入4 cm高的待干燥物料（胡蘿卜）顆粒，經(jīng)熱泵系統(tǒng)循環(huán)加熱后的熱風(fēng)通過(guò)引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生風(fēng)壓通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)入沸騰床底部，物料（胡蘿卜）顆粒在高風(fēng)速的情況下產(chǎn)生夾帶速度進(jìn)而懸浮于沸騰床內(nèi)部，不同顆粒大小的自由沉降速度不同，在不同的氣流速度下有些顆粒回落回床層，有些顆粒會(huì)懸浮在不同的高度，而沸騰床中氣體被循環(huán)加熱對(duì)顆粒進(jìn)行持續(xù)干燥。

為了減少相應(yīng)的計(jì)算量并且加快計(jì)算的速度，閉式熱泵沸騰床干燥器模型經(jīng)過(guò)一定的簡(jiǎn)化，只保留了沸騰床本體部分作為模擬計(jì)算的區(qū)域，即高度80 cm、直徑80 cm的圓柱體，如圖1所示。為提高計(jì)算效率對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并采用笛卡爾網(wǎng)格劃分，為消除網(wǎng)格劃分對(duì)模擬結(jié)果影響，模型通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證后劃分的網(wǎng)格數(shù)量大約為56 000，時(shí)間步長(zhǎng)為10-2 s。邊界條件設(shè)置為無(wú)滑移，內(nèi)壁正向和切向碰撞能量保留系數(shù)分別設(shè)置為0.3與0.99。設(shè)置胡蘿卜顆粒的表觀密度為1×103 kg/m3，堆積孔隙率為0.7。

為了進(jìn)一步深入地探究閉式熱泵沸騰床干燥器運(yùn)行時(shí)床層內(nèi)不同高度的顆粒分布及干燥情況，在離布風(fēng)板10、30、50和70 cm設(shè)置了相應(yīng)的取樣口取樣研究，與之對(duì)應(yīng)的模型模擬計(jì)算采樣區(qū)域則取離布風(fēng)板10～15 cm，30～35 cm，50～55 cm，70～75 cm的高度范圍取樣研究。胡蘿卜顆粒的初始含水率為78%，顆粒粒徑分布見(jiàn)表1，沸騰床干燥器的邊界條件見(jiàn)表2。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比

在測(cè)試1（介質(zhì)溫度為40 ℃，流速為2 m/s）實(shí)驗(yàn)條件下模擬5 min，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪于同一坐標(biāo)系中對(duì)比，如圖2所示。

由圖2可知，結(jié)合Barracuda CPFD模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)大體相同，再一次地印證了Ganser曳力模型在沸騰干燥模型計(jì)算過(guò)程中的可靠性。但對(duì)比兩者數(shù)據(jù)可以容易的發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在一定的差異性，分析其差異的原因存在以下2點(diǎn)：①由于胡蘿卜顆粒粒徑跨度較大，且其形狀不規(guī)則存在著不同的球形度，因此使用單一的曳力模型得到的模擬結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)果存在一定的差異；②由于實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備為自主研發(fā)閉式熱泵沸騰床干燥器，實(shí)際使用的過(guò)程中管路較多，干燥介質(zhì)（空氣）在其中輸送的過(guò)程中存在著一定的沿程和彎管損失，因此造成輸送至沸騰床干燥器內(nèi)部的流體減少，實(shí)際風(fēng)量不足，導(dǎo)致粒徑較大的胡蘿卜顆粒不能夠形成很好流化態(tài)，進(jìn)而使得物料整體的流化效果較預(yù)期相比存在一定的差異。

3.2 模型對(duì)閉式熱泵沸騰床干燥器的運(yùn)行預(yù)測(cè)

3.2.1 介質(zhì)流速對(duì)顆粒流化效果的影響

如圖3所示為測(cè)試條件分別為2、3和4在沸騰床層不同高度的不同粒徑分段質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布情況。

結(jié)合圖2和圖3（a）來(lái)看，在相同的溫度下，介質(zhì)流速的大小對(duì)沸騰床內(nèi)部物料顆粒流化程度影響較大，當(dāng)介質(zhì)流速增加時(shí)，粒徑為0～0.5 mm的胡蘿卜顆粒在各個(gè)床層的高度上所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)比明顯減少，粒徑為0.5～1.0 mm的胡蘿卜顆粒質(zhì)量百分比大幅上升，分析其原因是由于風(fēng)速在更大的情況下，粒徑為0.5～1.0 mm的胡蘿卜顆粒的流化效果更好，原本位于床層底部的較大粒徑顆粒被氣流帶到了床層更高的位置，故而其質(zhì)量百分比在床層的頂部增大較為明顯，反觀粒徑為0～0.5 mm的胡蘿卜顆粒在各個(gè)床層的高度上所占質(zhì)量百分比明顯減少的原因則是顆粒粒徑較小，在高介質(zhì)流速的情況下粒徑較小的顆粒被介質(zhì)流體帶到了床層頂部，黏附在沸騰床頂部出口的濾布位置，因而其在床層的各個(gè)高度質(zhì)量百分比均有所下降，可以預(yù)見(jiàn)的是隨著干燥時(shí)間的增加，越來(lái)越多的細(xì)小顆粒將不斷地累積在沸騰床頂部出口的濾布位置，當(dāng)累計(jì)量過(guò)大時(shí)將造成流體介質(zhì)的堵塞，弱化沸騰床干燥顆粒的流化效果。

對(duì)比圖3（a）與圖3（c），相同風(fēng)速不同溫度的情況下，不同粒徑的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布大致相似，由此可見(jiàn)溫度對(duì)沸騰床內(nèi)的胡蘿卜顆粒流化效果的影響較弱。對(duì)比測(cè)試2和測(cè)試4兩組模擬結(jié)果，介質(zhì)溫度越高，粒徑為0～0.5 mm的胡蘿卜顆粒不同高度上的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比有一定的增大，而粒徑為0.5 mm以上的胡蘿卜顆粒在不同高度上的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比越小，分析其原因是由于介質(zhì)溫度增加，介質(zhì)流速不變，所以介質(zhì)流量減小，因此粒徑更小的顆粒累積在沸騰床頂部出口的濾布位置所需要的時(shí)間增加，粒徑更大的顆粒由于小顆粒所產(chǎn)生的一定阻擋作用而留在了床層高度更低的位置。

3.2.2 溫度對(duì)顆粒干燥效果的影響

如圖4所示為介質(zhì)流速相同（4 m/s），不同溫度情況下，胡蘿卜顆粒在不同時(shí)刻的含水率變化。由圖4可知，在相同介質(zhì)流速的情況下，風(fēng)溫越高，曲線最大斜率越大，即干燥速率越大，最先干燥完成，而且相比于 30 ℃、40 ℃和50 ℃，60 ℃時(shí)干燥速率明顯加快，因此，曲線的斜率也比其他溫度條件下的曲線陡得多。這是由于，溫度增加后，胡蘿卜顆粒中的水分的運(yùn)動(dòng)活性增強(qiáng)，更容易脫離胡蘿卜顆粒的細(xì)胞組織進(jìn)而析出來(lái)，與此同時(shí)，溫度升高后，熱空氣的相對(duì)濕度降低，更有利于水蒸氣借助密度差從胡蘿卜顆粒內(nèi)輸運(yùn)出來(lái)，這兩方面原因都可以加速胡蘿卜顆粒中水分的析出。

3.2.3 介質(zhì)流速對(duì)顆粒干燥效果的影響

如圖5所示為介質(zhì)溫度相同（60 ℃），不同介質(zhì)流速情況下，胡蘿卜顆粒在不同時(shí)刻的含水率變化。由圖5可知，熱空氣介質(zhì)的流速越大，胡蘿卜顆粒的含水率下降越快，也最先完成干燥過(guò)程，這是由于，風(fēng)速增大，物料和熱風(fēng)介質(zhì)間的對(duì)流換熱增強(qiáng)，熱質(zhì)交換更加劇烈，所以干燥過(guò)程得到加強(qiáng)。然而，與3.2.2的結(jié)論中不同干燥溫度對(duì)干燥過(guò)程的影響相比，不同介質(zhì)流速對(duì)胡蘿卜顆粒干燥的影響相對(duì)較小，這主要是由于本文所選取的速度間隔較小，而且在干燥的進(jìn)行過(guò)程中，當(dāng)較小的胡蘿卜顆粒在沸騰床頂部的過(guò)濾布積累到一定量的時(shí)候，顆粒會(huì)阻塞干燥介質(zhì)出口，造成一定的介質(zhì)流量損失，因此會(huì)使得不同介質(zhì)流速對(duì)胡蘿卜顆粒干燥的影響相對(duì)較小。因此在實(shí)際生產(chǎn)工程當(dāng)中應(yīng)適當(dāng)考慮過(guò)濾布的周期性震蕩，進(jìn)而清除較小的胡蘿卜顆粒在沸騰床頂部的過(guò)濾布積累情況，從而提高干燥效率。

4 結(jié)論

1）通過(guò)使用考慮不規(guī)則形狀待干燥顆粒球形度的Ganser曳力模型，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)以胡蘿卜顆粒為代表的典型農(nóng)副產(chǎn)品顆粒在閉式熱泵沸騰床干燥器內(nèi)的流化情況。這是因?yàn)楸敬文M及實(shí)驗(yàn)所采用的胡蘿卜顆粒粒徑大于0.5 mm以上的超過(guò)80%的質(zhì)量占比，當(dāng)顆粒粒徑大于0.5 mm時(shí)，球形度值與1相差較大，此時(shí)球形度設(shè)定為0.67與實(shí)際更加貼合，通過(guò)此方法能夠得到與實(shí)驗(yàn)誤差為20.1%的閉式熱泵沸騰床干燥器中的顆粒流化情況以及其各段顆粒的分布情況。

2）在相同的空氣流速條件下，空氣的溫度越高，胡蘿卜干燥越快；在相同溫度條件下，空氣流速越大，胡蘿卜干燥越快。通過(guò)對(duì)比溫度及流速對(duì)干燥速率的影響，分析得出在干燥的進(jìn)行過(guò)程中，當(dāng)較小的胡蘿卜顆粒在沸騰床頂部的過(guò)濾布積累到一定量的時(shí)候，顆粒會(huì)阻塞干燥介質(zhì)出口，造成一定的介質(zhì)流量損失，因此會(huì)使得不同介質(zhì)流速對(duì)胡蘿卜顆粒干燥的影響相對(duì)較小。因此，在實(shí)際的干燥過(guò)程中，應(yīng)適當(dāng)考慮周期性的震蕩床層出口處的過(guò)濾布，進(jìn)而清除較小的胡蘿卜顆粒在沸騰床頂部的過(guò)濾布積累情況，從而提高干燥效率。

3）Barracuda CPFD對(duì)閉式熱泵沸騰床干燥器具有很好的預(yù)測(cè)性，通過(guò)對(duì)床層內(nèi)部顆粒流化情況的分析可以得出不同顆粒（粒徑、形狀、密度等）在不同氣速下的流化情況，進(jìn)而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中選擇合適的流化氣速，加快干燥速率的同時(shí)減少不必要的能源浪費(fèi)，可用于相同類(lèi)型的沸騰床干燥器的工業(yè)級(jí)放大的研究，為新型閉式熱泵沸騰床干燥器的工藝設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)配提供可靠的指導(dǎo)。

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