[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

摘要

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。

主权项

1.一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—坚果之间的相互作用参数；(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：式中：h_c为滚筒与颗粒状坚果之间的热传导系数；h_c′为坚果与坚果之间的热传导系数；ΔT_pG为滚筒与颗粒状坚果之间的温度差；为坚果与坚果之间的温度差；每个颗粒的温度变化满足以下关系：式中，m_p、C_p、T分别表示颗粒的质量、比热容、温度；∑Q_heat表示对流热和传导热之和；(6)采用所述颗粒状坚果热加工的离散元仿真模型模拟颗粒状坚果热加工的过程，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，通过方差分析计算出σ和M,进一步将M转换为负对数(‑lnM)，得到坚果温度分布均匀的时间点，从而判断出仿真中相对最优的滚筒转速和填充率。方差分析具体如下：式中：σ表示每个网格中颗粒温度的平均值，n表示网格的数量，T_i表示颗粒i的温度式中：M表示Lacey指数，表示不同温度的颗粒完全分离时混合方差，S²表示不同温度的颗粒实际混合方差，表示不同温度的颗粒完全随机混合方差。