磨粉机水冷式磨辊温度场数值模拟.pdfVIP

第37卷第11期 中国农机化学报 V01．37No．11 2016年11月 JournalofChinese Mechanization NOV． 2016 Agricultural 磨粉机水冷式磨辊温度场数值模拟* 张克平，王敏，张炜，孙步功 (甘肃农业大学工学院，兰州市，730070) 摘要：为研究辊式磨粉机水冷式磨辊的温度分布规律，应用计算流体力学软件Fluent，对内孔为螺旋槽管、光管两种型式 的水冷却式磨辊温度场进行数值模拟研究，探讨辊体与冷却水对流换热机理。研究表明，内孔为螺旋槽的磨辊内部流体 温度升高较快，内孔表面的螺旋槽加剧了冷却水的径向扰动，同时内部流体产生脱离壁面的运动现象，形成回流区，减小 边界层热阻；此结构也提高了近壁面流体与辊间的相对速度，增大传热系数，具有较好的冷却效果。 关键词：辊式磨粉机；磨辊；温度场；Fluent 中图分类号：Ts211．3文献标识码：A 文章编号：2095—5553(2016)1卜0062—04 张克平，王敏，张炜，孙步功．磨粉机水冷式磨辊温度场数值模拟[J]．中国农机化学报，2016，37(11)：62～65 Wei，Sun fieldnumericalsimulationon rollerof ZhangKeping，WangMin，Zhang Bugong．Temperature water-cooling mill ofChinese Mechanization，2016，37(11)：62～65 EJ]．Journal Agricultural 磨辊冷却设备的优化设计提供理论参考。 0 引言 1 数值建模 小麦制粉是人类古老的粉碎工业，辊式磨粉机是主 要的小麦制粉设备之一。工作过程中，磨辊表面与小麦 1．1 几何模型的建立 粉料剧烈摩擦，产生大量热量导致辊体表面温度升高， 螺旋槽水冷式磨辊二维结构如图1所示，低温水 如果得不到及时冷却，将导致粉料中一些对温度比较敏 从入水口进入磨辊，由出水口流出，流动的冷却水与辊 感的营养物质发生变性，从而降低产品的品质性状。目 体内表面通过对流换热实现辊体降温。因本文研究目 前，磨辊降温的方式主要有3种，即水冷却式、风冷却式 的主要为内孔型式对传热效果的影响，因此在模拟模 及旋转热管冷却式。水冷却式即辊体及辊轴为中空结 型中将去除辊轴，仅保留辊体。 构，一端进水、另一端出水，以流水为冷却介质实施辊体 1．2数学模型的建立 降温口]。这种管内强化换热归纳起来主要有三种换热 为简化问题，作出如下假设：(1)磨辊内部冷却水 的途径：减薄热边界层，增加流体的扰动，增加换热壁面 上的速度梯度[2]。辊体孑L内表面的结构特征对流体的 间在辊体内部不存在能量传导现象；(4)水流为三维 扰动具有较大影响，有研究表明，螺旋槽管可以利用增 不可压缩湍流粘性流动。 加流体扰动的原理，增强换热效果口]。 以磨辊实际生产过程为计算条件，由于工作过程中 螺旋槽管的结构特征是在普通光管的内表面加工 磨辊高速旋转且沿轴向工作条件均匀，因此可忽略表面 了螺旋槽[4]，此技术在电力、制冷、石油及化工等换热 轴向和周向的传热。考虑到磨辊表面沿径向传热，其内 设备上的广泛应用，管壁上的螺旋槽可以有效地提高 表面与冷却水之间的传热利用有限元差分方法建立二 管内外的换热系数[5。。本文以内孔为螺旋槽管、光管 维磨辊瞬态温度场模型，计算磨辊轴向截面温度场分