[发明专利]一种用于滚筒内颗粒状坚果热加工的仿真计算方法

说明书

本发明公开了一种用于滚筒内颗粒状坚果热加工的仿真计算方法，包括如下步骤：获取颗粒状坚果的物性参数、滚筒的材料特性参数和结构参数、滚筒—坚果之间及坚果—坚果之间的相互作用参数；根据所获得的颗粒状坚果的物性参数，在离散元软件中建立与实际相符的颗粒状坚果离散元模型；根据所述滚筒的结构参数，建立滚筒的三维实体模型；将所述滚筒的三维实体模型转换格式，将其导入至离散元软件中，再通过添加热交换接触模型、滚筒的转速等条件，建立颗粒状坚果热加工的离散元仿真模型；并设计正交实验仿真在不同工况下滚筒内坚果的运动状态以及热传导情况，通过方差分析得出最优工况。本发明利用离散元仿真技术模拟坚果炒制，成本更低，费时更少。

技术领域

本发明涉及食品热加工仿真技术领域，尤其是一种用于滚筒内颗粒状坚果热加工的仿真计算方法。

背景技术

坚果也称硬果，常指果皮坚硬的果实或者种子，包括花生、核桃、瓜子、杏仁、榛子、栗子、松子等有硬壳的小食品。坚果类种子食物是植物的精华部分，营养丰富、口味浓香。尤其是炒制后的坚果香味更浓，且经现代医学研究发现每日食用坚果有益身体健康，深受广大消费者的喜爱，故市场上对坚果的需求日益剧增，发展前景十分广阔。

我国坚果类炒货食品历史悠久，现有坚果炒制多为开放式的。例如栗子的炒制，即在炒锅中添加栗子、沙子和糖稀等之后，直接开放式炒制。炒制过程中使用煤炭、柴禾等加热炒锅。这种开放式的坚果炒制方法浪费能源炒制效率低下。主要依靠人的经验来判断坚果炒制情况，炒制温度难以精确控制，炒制过程难免会出现炒糊的现象，这就造成一些经济损失。另一种炒制坚果的方式是炒货机炒制，炒锅自动旋转，温度可以根据需要来进行人工调节，翻炒非常均匀，但是对于不同种类的坚果的炒制，炒锅的旋转速度、填充率及所提供的温度也会有所不同，炒制过程也难以精确掌控，也会出现炒糊的现象并造成一些经济损失，为了有效杜绝人为因素对炒制质量的影响，使炒好的坚果口感更酥香、品质更优良。通过实验仿真计算，能对不同种类的坚果，在不同工况下炒制的情况进行模拟，精准掌控炒制的时间，并且可以进一步得出不同坚果炒制品质最佳时所对应的工况，建立了一套比较完整坚果的炒制体系，为颗粒状坚果的炒制提供理论参考；所需成本更低，费时更少，所以对坚果炒制过程进行仿真计算是有必要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于滚筒内颗粒状坚果热加工的仿真计算方法。

本发明专利采用的技术方案是：

一种用于滚筒内颗粒状坚果热加工的仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过技术手段(如颗粒激光扫描)得到颗粒状坚果的形状，统计分析颗粒状坚果的形状系数，确定颗粒状坚果的平均粒径；

(2)获取颗粒状坚果的物性参数(除平均粒径外)、滚筒的材料特性参数和结构参数、滚筒—坚果之间及坚果—坚果之间相互作用参数；

(3)根据步骤2所获得的颗粒状坚果的物性参数和步骤1中的平均粒径，在离散元软件中采用对应的颗粒形状和尺寸来模拟颗粒状坚果，建立与实际相符的颗粒状坚果离散元模型(颗粒)；

(4)根据所述滚筒的结构参数，建立滚筒的三维实体模型；

(5)将所述滚筒的三维实体模型转换格式，将其导入至离散元软件中，再通过添加热交换接触模型、周期性边界、重力加速度、滚筒的转速，建立颗粒状坚果热加工的离散元仿真模型；

热交换接触模型具体如下：壁面给定一个恒定的温度场(将滚筒壁厚视为薄壁，不考虑滚筒壁面与壁面的传热)，对旋转滚筒中的颗粒流进行单一相仿真时，滚筒与颗粒状坚果之间、坚果与坚果之间进行热交换，其热量满足以下关系：