基于MATLAB的谷物干燥过程数值模拟及数字化设计

发布时间：2020-07-02 17:27

【摘要】：工农业生产中的粮食收获后烘干操作，由于产量一般较大，基本都属于深床干燥的范畴。在干燥领域中，对于不同种类物料的薄层干燥的研究相对透彻，所以，在研究深床干燥时一般将其按照一定方式划分为薄层。本文采用微分思想，建立近似的深床干燥偏微分模型，便于通过非实物试验推导各个干燥参数对干燥过程的具体影响，掌握干燥过程中的变化规律，对干燥机的控制和干燥产品品质的提高有一定的指导作用，减少盲目性，尽量避免能源浪费，缩短开发和试验周期。本论文以深床干燥的偏微分模型为主要研究对象，开展了下述研究工作： (1)深床谷物干燥的偏微分模型中含有质平衡方程、热平衡方程、热传递方程和干燥速率方程。在模型的差分化以及递推计算过程中，更深入地理解了谷物干燥的机理，以及各干燥参数以及干燥机设计参数对于干燥过程的影响，并进一步掌握了热质交换的规律。 (2)比较了向后查分格式和中心差分格式在进行偏微分方程近似计算过程中的计算精度，并通过曲线图对比了两种差分格式的计算稳定性和精确度，确立了采用一阶中心差分形式作为预测控制系统模拟干燥过程的解析手段。 (3)利用LabVIEW制作了深床干燥预测控制系统平台的操作界面，界面包含环境和玉米特性参数的输入部分，热力学参数的计算部分，模拟结果的显示和仿真部分。 (4)将抽象的偏微分方程通过MATALB进行求解，得到不同时间、不同薄层的水分含量、粮食温度、出口热风湿含量和出口热风温度的结果矩阵，并将模拟结果通过二维曲线和三维立体图形在LabVIEW前面板进行直观的展示，便于操作人员实时了解干燥机内部粮食状况，并采取相应的操作以控制干燥机内粮食干燥过程。 (5)模拟了谷物干燥机的实际运行效果，估算了干燥过程中的能量消耗，并通过图表界面予以体现，与实际的深床干燥试验进行对比，比较了不同干燥条件下的能耗，便于根据经济性原则来选择最佳的干燥条件。 (6)通过MATLAB与LabVIEW混合编程，结合中心差分形式的方程组，模拟了实际的干燥过程，预测了谷物干燥机和干燥系统的性能（如干燥所需的时长，仓内粮食水分和温度的分布规律，热空气的温度和相对湿度分布规律等），分析了各个参数对干燥机性能和干燥过程的影响，可以此为依据改进谷物干燥机的设计，或者改善和提升谷物干燥系统的操作管理以及控制方法。 (7)利用薄层干燥试验台，进行了小型的深床玉米热风干燥实验，并对每一层的热风温度和水分含量进行了测量和记录，绘制降水曲线，并将模拟结果与实际干燥的降水曲线进行对比，验证了对于该偏微分方程的模拟结果的准确性和可信度。本研究所设计的基于虚拟仪器技术LabVIEW的玉米干燥控制系统，以偏微分方程模型为基础。采用虚拟仪器技术，使系统费用降低，实现干燥过程自动化，操作简单，可实时显示实验进程，并可在线修改控制参数，简化了干燥过程操作及数据处理，且该系统具有一定的通用性和适应性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S226.6
【图文】：

示意图,形式,仓底,逆流干燥

从仓底四周输送到仓底中心后排出。虽然逆流进行逆流干燥作业时，粮食颗粒与热气流相对度最高，温度升高较快，该温度梯度对谷粒造业过程中，顺着热介质的流动方向，粮食温度，在出风口处与湿粮共同排出[23]。目前各种干燥机机型中最为常见的形式之一，杂，性价比相对较高，易于推广，可以对谷物.1 为各种干燥形式的示意图。

示意图,固定床,床层,单元

固定床内单元床层示意图

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