[發(fā)明專利]一種菌類物料熱風(fēng)干燥過程的仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011411633.3
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112507589B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宇波;范芃佐;劉格含;王鵬;孫東亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種菌類物料熱風(fēng)干燥過程的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、根據(jù)菌類物料結(jié)構(gòu)組成與多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，建立菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型；

步驟2、將菌類物料介質(zhì)計算區(qū)域離散成骨架、孔節(jié)點和孔道三個部分，并在離散網(wǎng)絡(luò)中每個部分的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別儲存各自拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格信息；

步驟3、根據(jù)實際物料相關(guān)物性特征參數(shù)對菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型的拓撲結(jié)構(gòu)進行簡化，并計算離散骨架、孔節(jié)點和孔道各節(jié)點的幾何信息；

步驟4、采用離散網(wǎng)絡(luò)模型對菌類物料進行模化，將干燥過程等效為多個區(qū)域之間的氣液兩相傳輸過程，建立菌類物料干燥傳質(zhì)的孔道網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型；

所述步驟4的過程具體為：

針對菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型中骨架的傳質(zhì)過程，由菲克擴散定律描述密度差所產(chǎn)生的傳質(zhì)驅(qū)動力，由此建立水分在骨架單元相互傳輸?shù)碾x散式為：

式中，上標n+1和n表示時層編號；下標(i,j)_C為編號(i,j)的骨架節(jié)點；(a)_(i,j)C為待求骨架單元密度系數(shù)；為骨架對應(yīng)單元的水分密度；為n時層的值；

針對菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型中孔道的傳質(zhì)過程，濕份以氣態(tài)或液態(tài)形式在孔道中傳遞，孔道中的氣相傳質(zhì)過程由菲克擴散定律描述，由此建立水分在孔道中氣相傳質(zhì)的離散式為：

式中，上標n+1和n表示時層編號；下標(i,j)_p為編號(i,j)的孔節(jié)點單元；為待節(jié)點單元密度系數(shù)；為節(jié)點對應(yīng)單元的水分密度；為n時層的值；

針對菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型中孔道中的傳質(zhì)過程，濕份以氣態(tài)或液態(tài)形式在孔道中傳遞，孔道中的液相傳質(zhì)過程由菲克擴散定律描述，由此建立水分在孔道中的液相傳質(zhì)，這里以橫向孔道為例，表示為：

式中，上標n+1和n表示時層編號；下標(i,j)_TX為編號(i,j)的橫向孔道節(jié)點；(b_l)_(i,j)為孔道中液態(tài)水傳輸質(zhì)量；(b_v)_(i,j)為孔道中蒸汽傳輸質(zhì)量；

步驟5、建立基于孔道網(wǎng)絡(luò)的菌類物料干燥傳熱數(shù)學(xué)模型；

所述步驟5的過程具體為：

區(qū)域內(nèi)熱量總變化率＝單位時間經(jīng)相鄰區(qū)域傳入?yún)^(qū)域內(nèi)的凈熱量-單位時間區(qū)域內(nèi)液相轉(zhuǎn)化為氣相的相變潛熱，依據(jù)能量守恒定律，菌類物料干燥傳熱數(shù)學(xué)模型表示為：

式中，ρ為區(qū)域氣液固三相平均密度；單位kg/m³；c_p為區(qū)域內(nèi)平均比熱容；單位J(kg·K)；S_γ為單位時間區(qū)域內(nèi)液相轉(zhuǎn)化為氣相的相變潛熱，單位Js；

步驟6、設(shè)置傳質(zhì)的初始條件與邊界條件，以及傳熱的初始條件與邊界條件；

步驟7、采用交錯網(wǎng)格求解步驟4和5所建立的菌類物料干燥傳質(zhì)傳熱數(shù)學(xué)模型，根據(jù)是否達到干燥標準含水率來確定是否重復(fù)迭代求解。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述菌類物料熱風(fēng)干燥過程的仿真方法，其特征在于，在步驟1中，根據(jù)菌類物料的基本生理結(jié)構(gòu)，相鄰細胞的細胞壁由細胞絲連接，同時細胞與細胞之間存在細胞間隙，將細胞看作各向同性均勻介質(zhì)，細胞之間連通且孔隙也相互交錯，與多孔介質(zhì)特點完全吻合，因此將菌類物料看作由骨架與孔道構(gòu)成的多孔介質(zhì)，并以此建立菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述菌類物料熱風(fēng)干燥過程的仿真方法，其特征在于，所述步驟3的過程為：

根據(jù)菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用以下表示方法：骨架為主節(jié)點，橫向孔道節(jié)點相對主節(jié)點在Y方向相錯半個網(wǎng)格；豎向孔道節(jié)點相對主節(jié)點在X方向相錯半個網(wǎng)格；骨架、橫向孔道、豎向孔道、節(jié)點分別使用C、TX、TY、P標記并進行編號；

離散骨架、孔節(jié)點和孔道各節(jié)點的幾何信息計算過程為：

假設(shè)菌類物料多孔介質(zhì)孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型厚度為δ，并將骨架、孔節(jié)點和孔道所代表的控制體均簡化為矩形；然后計算各節(jié)點所代表控制體的邊長、表面面積和控制體體積。