油菜作为我国主要的油料作物,在我国中南部地区广泛种植,油菜籽采摘后干燥贮存是极其重要的一步加工环节。本课题组针对农户以低成本、低能耗、高效率为目的,自主设计制造了一种以半气化生物质燃烧炉燃烧秸秆、薪柴等生物质能源作为热源供给,通过换热器加热自然空气,以互换通风的方式进行干燥的分层干燥床式小型油菜籽干燥设备。本文以该设备为研究对象,通过试验对油菜籽的物理特性及干燥设备的干燥效果做了研究,以此为基础运用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术及多孔介质模型,分析了干燥室内单相流场的分布情况,研究了设备的干燥均匀性,并对内流场气流分布做了组织优化以改善干燥均匀性。在较高的风速条件下,采用欧拉双流体模型,模拟分析了干燥室内热风与油菜籽的气固两相流动,研究了油菜籽的流化状态。最后,采用不同生物质燃料作为热源供给,研究了设备的燃料消耗率。以下为主要研究结论:(1)采用甲苯浸液比重瓶法对油菜籽的真实密度进行了试验研究,并用容重法测定了其容积密度,试验结果表明,油菜籽的密度随含水率的增大而升高,并依据试验数据通过计算法获得了油菜籽床层的孔隙率为e=0.392。采用筛分法获得了油菜籽颗粒的粒度分布,并求得其平均粒径为.Dp?mm81。通过回归分析可得油菜籽的含水率和温度对其比热容和导热系数的影响显著,且呈正相关,并建立了比热容、导热系数对温度和含水率的二维回归方程。由于数值模拟中物料的参数输入一般为常数,取初始含水率为25.7%时油菜籽的特性参数为模拟依据,即容ρ=653.133kg/m3,C=3.528 KJ/kg?K,λ=0.167 W/m·K。(2)在小型分层床式干燥设备样机上进行了油菜籽干燥试验,得出小型分层床式干燥设备能够满足干燥要求且干燥量大,使含水率降低到安全储藏含水率(9%)以下所需的时间约为15h;干燥设备顶层及底层干燥效果较好,中间床层干燥效果较差;各个干燥床层中间部位干燥效果高于边角部位。(3)利用ANSYS Workbench平台下的FLUENT模块对干燥室内流场模型在2m/s及5m/s进口风速下进行了数值模拟,从速度及压降分布云图得出单一纵向通风时,风速在纵向上变化较为明显,横向上分布较为均匀,物料层边角区域及中间物料层风速较低可能导致干燥不均匀,与试验结果一致。通过干燥室结构优化,增加通风管及横向通风层后,干燥室中间床层处干燥效率增加,整个干燥室内气流分布较为均匀,在双向交替通风情况下能够有效地解决干燥均匀性问题。(4)分析得出了油菜籽的临界流化速度,在较大进口风速条件下,油菜籽物料层被吹动而在干燥室内形成气固两相流,在两相流理论基础及试验数据基础上对干燥室内油菜籽颗粒的流化状态进行了模拟,分析了气固两相流动状态,研究了颗粒相在不同时间不同截面处的体积分数分布云图,模拟结果表明油菜籽在干燥室内处于较好的流化状态,增大了油菜籽颗粒与热风的接触面积和接触时间,能够更好地改善干燥质量以及干燥均匀性,提高干燥效率。(5)通过对生物质固体成型燃料、梧桐树枝、棉杆及油菜秸秆在半气化生物质热风炉中进行的燃料消耗率试验,分析了生物质燃料的消耗率及消耗成本,结果表明,采用成型燃料消耗率为1.55kg/h,梧桐树枝为2.41kg/h,棉杆为3.07kg/h,油菜秸秆为3.42kg/h。每小时消耗成本生物质固体成型燃料为1.47元,梧桐树枝、棉杆及油菜秸秆基本持平约为1元。采用半气化生物质燃烧炉及换热器燃烧生物质燃料作为干燥设备热源供给能够提高干燥设备的经济性、节能性,并能够减少烟气排放保护环境。本文通过CFD方法对小型生物质能源油菜籽分层床式干燥设备进行了数值模拟与优化,改善了该设备的干燥均匀性,提高了干燥效率,研究结论可以作为今后油菜籽干燥及干燥设备优化设计的参考依据。