摘要：為改進(jìn)和優(yōu)化三七密集烤房結(jié)構(gòu)，提高烘烤質(zhì)量，通過(guò)使用CFD方法分別對(duì)2種不同氣流工作方式的烤房進(jìn)行仿真模擬，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)烤房烘干室內(nèi)溫度場(chǎng)和氣流速度場(chǎng)進(jìn)行分析，提出不同氣流工作方式對(duì)三七烘烤質(zhì)量影響的假設(shè)，并根據(jù)速度云圖和溫度云圖，提出了氣流兩向式烤房建設(shè)的方案，以及烘烤工藝改進(jìn)意見，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，優(yōu)化后的氣流兩向式烤房，其烘干室內(nèi)部溫度分布均勻度得到了提高，烘干后三七含水率較為均衡。新型三七烤房氣流兩向循環(huán)使用效果優(yōu)于舊式烤房，能夠解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，促進(jìn)三七的工業(yè)化加工的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：三七烤房;兩向循環(huán);流體仿真;溫度;熱風(fēng)干燥

　　作者：牛天寶

　　通信：朱 云

　　三七是我國(guó)傳統(tǒng)名貴中藥材，具有活血化瘀、消腫定痛的藥用功效，是云南白藥等多種藥品的主要成分[1]，對(duì)多種疾病都具有良好的療效。干燥是三七藥材加工中的重要環(huán)節(jié)，干燥處理后的三七，藥性可以得到保持，而且可以延長(zhǎng)保存時(shí)間，不易腐敗變質(zhì)[2]。目前，中藥材的干燥加工方式主要還是傳統(tǒng)自然晾曬和烘房干燥[3]。在中藥材干燥方面的研究，主要集中在西洋參、何首烏、人參等藥材，對(duì)于三七干燥的研究較少。

　　密集烤房采取熱風(fēng)干燥，具有易于控制、省工省力省時(shí)、裝料大、烘烤質(zhì)量高、節(jié)約能源等特點(diǎn)[4-5]。目前，密集烤房在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的推廣和應(yīng)用[6-9]，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化烘烤提供了基礎(chǔ)，已經(jīng)成為我國(guó)烘烤設(shè)備的發(fā)展方向?，F(xiàn)存的密集烤房設(shè)備，在各個(gè)方面的研究已經(jīng)取得了顯著的效果，提高了烘烤質(zhì)量和烘烤效率。但是針對(duì)三七密集烤房和三七烘烤工藝方面的研究較少，很多問(wèn)題尚未解決。

　　為了提高三七烘烤質(zhì)量和效率，眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)密集烤房進(jìn)行了研究，區(qū)煥財(cái)?shù)韧ㄟ^(guò)試驗(yàn)證明，影響三七干燥的因素依次排序?yàn)闇囟取L(fēng)速、鋪料密度[10]等。傳統(tǒng)的氣流上升和下降的工作方式，在烘烤質(zhì)量和烘烤效率方面取得了一定的成果。但氣流的單向運(yùn)動(dòng)方式，使烘干室內(nèi)溫濕度分布不均衡，使得三七容易烤壞。優(yōu)化烤房結(jié)構(gòu)，避免不利因素影響烘烤質(zhì)量，是三七密集烤房設(shè)備的重要發(fā)展方向之一。

　　在分析氣流速度場(chǎng)中，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法使用的越來(lái)越廣泛，可以直觀地模擬出烘干室內(nèi)的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。CFD方法在溫度場(chǎng)計(jì)算模擬方面具有優(yōu)勢(shì)，僅須要測(cè)量進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速、溫度和出風(fēng)口的風(fēng)速等較少信息就可以計(jì)算模擬出室內(nèi)的溫度分布規(guī)律[11]。陳重遠(yuǎn)等使用CFD方法對(duì)妊娠豬舍進(jìn)行了溫度場(chǎng)模擬，結(jié)果表明仿真溫度和實(shí)測(cè)溫度基本一致，模擬溫度場(chǎng)和實(shí)際溫度場(chǎng)吻合度較高[12]。白志鵬提出了一種密集烤房新結(jié)構(gòu)，并結(jié)合CFD方法模擬仿真，分析其烤房溫濕度[13]。

　　本研究擬采用CFD方法對(duì)氣流上升式和氣流下降式三七密集烤房進(jìn)行仿真模擬，得出其溫度場(chǎng)和流速的分布規(guī)律，以期能夠在兩向循環(huán)烤房的設(shè)計(jì)中，節(jié)省人工工作量，降低設(shè)備成本及維護(hù)成本。根據(jù)仿真結(jié)果，為氣流兩向循環(huán)烤房的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

　　1 材料與方法

　　試驗(yàn)選擇在2019年11月進(jìn)行，是三七收獲并進(jìn)行干燥的時(shí)間。本次三七干燥試驗(yàn)，以及自然干燥試驗(yàn)在云南省瀘西縣大直邑村(24°51′N，103°53′E)進(jìn)行，海拔在2 000 m左右，11月瀘西縣天氣干燥少雨，溫度在15～25 ℃之間，以晴天和多云天氣為主，比較適宜三七的自然晾曬，夜間及上午空氣濕度比較大。

　　試驗(yàn)材料選自瀘西縣同一種植地點(diǎn)的三年生三七，對(duì)三七進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后，分別將新鮮采摘的三七簡(jiǎn)單處理后直接放入三七烤房中和大棚中進(jìn)行自然晾曬，以避免其他因素的影響。

　　根據(jù)三七干燥數(shù)學(xué)模型，結(jié)合烘烤經(jīng)驗(yàn)制定三七烘烤工藝(表1)。為了驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性和新型烤房的實(shí)際效果，使用TZS-Ⅰ型水分測(cè)量?jī)x和電子秤等工具，通過(guò)測(cè)量烘干后三七的測(cè)量含水率、壞品率等數(shù)據(jù)，來(lái)驗(yàn)證氣流兩向循環(huán)烤房的效果，同時(shí)測(cè)量自然晾曬后三七含水率作為對(duì)照組。

　　2 三七密集烤房結(jié)構(gòu)及工作原理

　　三七密集烤房的主要結(jié)構(gòu)包括加熱室和烘干室，工作時(shí)循環(huán)風(fēng)機(jī)將加熱室內(nèi)產(chǎn)生的熱風(fēng)輸送到烘干室各個(gè)角落，其結(jié)構(gòu)見圖1。目前，密集烤房的氣流運(yùn)行方式主要是氣流上升式和氣流下降式，是根據(jù)烘干室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)方向區(qū)分的，如圖1-a所示，為氣流上升式烤房工作原理圖，在烘干室內(nèi)氣流主要向上運(yùn)動(dòng);如圖1-b所示，為氣流下降式烤房工作原理圖，在烘干室內(nèi)氣流主要向下運(yùn)動(dòng)。

　　根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)密集烤房的規(guī)格以及三七干燥特性要求，本研究中加熱室的結(jié)構(gòu)參數(shù)取長(zhǎng)1.2 m×寬1.0 m×高2.6 m，烘干室的結(jié)構(gòu)參數(shù)取長(zhǎng) 4.6 m×寬2.8 m×高2.6 m。

　　氣流完成1次循環(huán)過(guò)程是加熱室內(nèi)的熱空氣在循環(huán)風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下，由熱風(fēng)口進(jìn)入烘干室，充分與三七接觸后，通過(guò)回風(fēng)口再回到加熱室。當(dāng)工作方式為氣流上升式時(shí)，熱空氣由熱風(fēng)口進(jìn)入(圖1-a)，在烘干室內(nèi)烘烤三七，再由回風(fēng)口進(jìn)入加熱室。當(dāng)工作方式為氣流下降式時(shí)(圖1-b)，熱空氣由熱風(fēng)口進(jìn)入，在烘干室內(nèi)加熱三七，再由回風(fēng)口進(jìn)入加熱室。當(dāng)烘干室內(nèi)濕度過(guò)高時(shí)，不再構(gòu)成封閉的循環(huán)，此時(shí)上進(jìn)風(fēng)口(或下進(jìn)風(fēng)口)打開，上排濕門(或下排濕門)打開，將濕氣排出到合理的范圍。

　　氣流兩向式烤房的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的三七烤房結(jié)構(gòu)相似，主要區(qū)別是在氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，進(jìn)風(fēng)口作為回風(fēng)口使用，回風(fēng)口作為進(jìn)風(fēng)口使用。在工作原理方面，傳統(tǒng)的氣流上升和下降的工作方式，在整個(gè)烘烤過(guò)程中，氣流只是向上(或者向下)單向循環(huán)，不會(huì)發(fā)生方向的改變。氣流兩向循環(huán)烤房，在工作過(guò)程中根據(jù)烘烤階段的需要，間隔一定的時(shí)間，循環(huán)風(fēng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)烘干室內(nèi)的氣流變向，烘烤過(guò)程中既有氣流上升也有氣流下降。

　　推薦閱讀：中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)期刊發(fā)表論文什么水平