三七烤房两向循环仿真研究

　　摘要：为改进和优化三七密集烤房结构，提高烘烤质量，通过使用CFD方法分别对2种不同气流工作方式的烤房进行仿真模拟，根据仿真结果对烤房烘干室内温度场和气流速度场进行分析，提出不同气流工作方式对三七烘烤质量影响的假设，并根据速度云图和温度云图，提出了气流两向式烤房建设的方案，以及烘烤工艺改进意见，并进行了试验验证。结果表明，优化后的气流两向式烤房，其烘干室内部温度分布均匀度得到了提高，烘干后三七含水率较为均衡。新型三七烤房气流两向循环使用效果优于旧式烤房，能够解决实际生产中的问题，促进三七的工业化加工的发展。

　　关键词：三七烤房;两向循环;流体仿真;温度;热风干燥

　　作者：牛天宝

　　通信：朱 云

　　三七是我国传统名贵中药材，具有活血化瘀、消肿定痛的药用功效，是云南白药等多种药品的主要成分[1]，对多种疾病都具有良好的疗效。干燥是三七药材加工中的重要环节，干燥处理后的三七，药性可以得到保持，而且可以延长保存时间，不易腐败变质[2]。目前，中药材的干燥加工方式主要还是传统自然晾晒和烘房干燥[3]。在中药材干燥方面的研究，主要集中在西洋参、何首乌、人参等药材，对于三七干燥的研究较少。

　　密集烤房采取热风干燥，具有易于控制、省工省力省时、装料大、烘烤质量高、节约能源等特点[4-5]。目前，密集烤房在国内外得到了广泛的推广和应用[6-9]，为实现工业化烘烤提供了基础，已经成为我国烘烤设备的发展方向。现存的密集烤房设备，在各个方面的研究已经取得了显著的效果，提高了烘烤质量和烘烤效率。但是针对三七密集烤房和三七烘烤工艺方面的研究较少，很多问题尚未解決。

　　为了提高三七烘烤质量和效率，众多学者已经对密集烤房进行了研究，区焕财等通过试验证明，影响三七干燥的因素依次排序为温度、风速、铺料密度[10]等。传统的气流上升和下降的工作方式，在烘烤质量和烘烤效率方面取得了一定的成果。但气流的单向运动方式，使烘干室内温湿度分布不均衡，使得三七容易烤坏。优化烤房结构，避免不利因素影响烘烤质量，是三七密集烤房设备的重要发展方向之一。

　　在分析气流速度场中，计算流体动力学(CFD)方法使用的越来越广泛，可以直观地模拟出烘干室内的温度场和速度场。CFD方法在温度场计算模拟方面具有优势，仅须要测量进风口的风速、温度和出风口的风速等较少信息就可以计算模拟出室内的温度分布规律[11]。陈重远等使用CFD方法对妊娠猪舍进行了温度场模拟，结果表明仿真温度和实测温度基本一致，模拟温度场和实际温度场吻合度较高[12]。白志鹏提出了一种密集烤房新结构，并结合CFD方法模拟仿真，分析其烤房温湿度[13]。

　　本研究拟采用CFD方法对气流上升式和气流下降式三七密集烤房进行仿真模拟，得出其温度场和流速的分布规律，以期能够在两向循环烤房的设计中，节省人工工作量，降低设备成本及维护成本。根据仿真结果，为气流两向循环烤房的设计提供理论依据，并通过试验进行验证。

　　1 材料与方法

　　试验选择在2019年11月进行，是三七收获并进行干燥的时间。本次三七干燥试验，以及自然干燥试验在云南省泸西县大直邑村(24°51′N，103°53′E)进行，海拔在2 000 m左右，11月泸西县天气干燥少雨，温度在15～25 ℃之间，以晴天和多云天气为主，比较适宜三七的自然晾晒，夜间及上午空气湿度比较大。

　　试验材料选自泸西县同一种植地点的三年生三七，对三七进行简单处理后，分别将新鲜采摘的三七简单处理后直接放入三七烤房中和大棚中进行自然晾晒，以避免其他因素的影响。

　　根据三七干燥数学模型，结合烘烤经验制定三七烘烤工艺(表1)。为了验证模拟的准确性和新型烤房的实际效果，使用TZS-Ⅰ型水分测量仪和电子秤等工具，通过测量烘干后三七的测量含水率、坏品率等数据，来验证气流两向循环烤房的效果，同时测量自然晾晒后三七含水率作为对照组。

　　2 三七密集烤房结构及工作原理

　　三七密集烤房的主要结构包括加热室和烘干室，工作时循环风机将加热室内产生的热风输送到烘干室各个角落，其结构见图1。目前，密集烤房的气流运行方式主要是气流上升式和气流下降式，是根据烘干室内气流运动方向区分的，如图1-a所示，为气流上升式烤房工作原理图，在烘干室内气流主要向上运动;如图1-b所示，为气流下降式烤房工作原理图，在烘干室内气流主要向下运动。

　　根据目前标准密集烤房的规格以及三七干燥特性要求，本研究中加热室的结构参数取长1.2 m×宽1.0 m×高2.6 m，烘干室的结构参数取长 4.6 m×宽2.8 m×高2.6 m。

　　气流完成1次循环过程是加热室内的热空气在循环风机的带动下，由热风口进入烘干室，充分与三七接触后，通过回风口再回到加热室。当工作方式为气流上升式时，热空气由热风口进入(图1-a)，在烘干室内烘烤三七，再由回风口进入加热室。当工作方式为气流下降式时(图1-b)，热空气由热风口进入，在烘干室内加热三七，再由回风口进入加热室。当烘干室内湿度过高时，不再构成封闭的循环，此时上进风口(或下进风口)打开，上排湿门(或下排湿门)打开，将湿气排出到合理的范围。

　　气流两向式烤房的结构与传统的三七烤房结构相似，主要区别是在气流转向时，进风口作为回风口使用，回风口作为进风口使用。在工作原理方面，传统的气流上升和下降的工作方式，在整个烘烤过程中，气流只是向上(或者向下)单向循环，不会发生方向的改变。气流两向循环烤房，在工作过程中根据烘烤阶段的需要，间隔一定的时间，循环风机反向转动，带动烘干室内的气流变向，烘烤过程中既有气流上升也有气流下降。

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文章名称： 三七烤房两向循环仿真研究

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