專利名稱：煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)的方法，特別涉及一種煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
煙絲烘干是煙草行業(yè)中的一個(gè)重要生成過程，加工參數(shù)對(duì)于產(chǎn)品的感官質(zhì)量、化 學(xué)成分有著十分重要的影響。由于煙絲烘干機(jī)中的氣流運(yùn)動(dòng)狀況與溫度分布狀況很難測 試，通過常規(guī)方法難以獲得全部數(shù)據(jù)。目前，已有通過實(shí)驗(yàn)機(jī)獲得煙草加工參數(shù)的實(shí)驗(yàn)方 法，但存在組織實(shí)驗(yàn)困難、花費(fèi)成本及時(shí)間相對(duì)較多等缺陷，不利于普遍推廣使用。由于煙 絲烘干實(shí)驗(yàn)手段的限制，導(dǎo)致產(chǎn)品研制、生產(chǎn)周期較長，不利于提升企業(yè)的競爭力，這就有 必要研究一種更為簡便、有效的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，可以方便地獲得煙絲烘 干過程中的氣流參數(shù)及溫度等分布參數(shù)。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，包括接收實(shí)驗(yàn)類型指令，選擇實(shí)驗(yàn)類型；按照所選擇實(shí)驗(yàn)類型，從預(yù)設(shè)的模型庫中選擇相應(yīng)的煙絲烘干數(shù)學(xué)模型，包括氣 流空氣動(dòng)力學(xué)模型和干燥設(shè)備幾何模型；接收所選擇實(shí)驗(yàn)類型對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，加入所選擇數(shù)學(xué)模型；對(duì)所選擇的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得煙絲烘干實(shí)驗(yàn)結(jié)果。干燥設(shè)備幾何模型包括氣流干燥設(shè)備幾何模型，包括一級(jí)模型，對(duì)應(yīng)工藝蒸汽流經(jīng)燃燒爐加熱后的水平管；二級(jí)模型，對(duì)應(yīng)與水平管連通的煙絲干燥上升管；三級(jí)模型，對(duì)應(yīng)與干燥上升管頂端連通的旋風(fēng)分離器。實(shí)驗(yàn)類型包括氣流分布狀況實(shí)驗(yàn)，其氣流分布實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括干燥上升管的 氣流速度、氣流溫度及氣體密度。氣流分布實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果包括蒸汽流的流線圖。實(shí)驗(yàn)類型包括溫度分布狀況實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括噴入蒸汽流量。實(shí)驗(yàn)類型包括煙絲運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括煙絲流量、入口煙絲含水率及干燥 除去水速度。以水珠顆粒模型模擬選定含水率及流量的煙絲。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，優(yōu)選產(chǎn)品的加工參數(shù)。干燥設(shè)備幾何模型包括滾筒干燥設(shè)備幾何模型，包括滾筒幾何模型及滾筒內(nèi)部抄 板幾何模型。氣流空氣動(dòng)力學(xué)模型包括氣流連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬煙絲烘干過程，可獲得煙絲烘干過 程的氣流及溫度分布等參數(shù)，實(shí)驗(yàn)不受場地與時(shí)間限制，實(shí)施起來較為方便。這種實(shí)驗(yàn)方 法的周期較短，有利于加快產(chǎn)品研制進(jìn)程，同時(shí)也節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的市場競爭 力。


圖1是本發(fā)明煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的基本構(gòu)思是，采用計(jì)算機(jī)手段模擬煙絲烘干過程，獲得煙絲烘干過程的 氣流及溫度等參數(shù)。下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例進(jìn)行說明。參見圖1，煙絲烘干數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟S101、接收實(shí)驗(yàn)類型指令，選擇實(shí)驗(yàn)類型。煙絲烘干實(shí)驗(yàn)過程可以測試多種參數(shù)，因此設(shè)有多種實(shí)驗(yàn)類型，如氣流分布狀況 實(shí)驗(yàn)、溫度分布實(shí)驗(yàn)、煙絲運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)等等。接收到實(shí)驗(yàn)類型指令后，即可選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)類型 并進(jìn)行后續(xù)流程。S102、按照所選擇實(shí)驗(yàn)類型，從預(yù)設(shè)的模型庫中選擇相應(yīng)的煙絲烘干數(shù)學(xué)模型。根據(jù)煙絲烘干設(shè)備的特點(diǎn)，預(yù)先建立相應(yīng)地?cái)?shù)學(xué)模型，包括氣流空氣動(dòng)力學(xué)模型 (氣流連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程等)、及干燥設(shè)備幾何模型，編制成相應(yīng)模塊軟件存 入模型庫中。當(dāng)選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)類型后，即可從模型庫中調(diào)取相應(yīng)的軟件模塊，建立起數(shù)值實(shí) 驗(yàn)方法所需要的數(shù)學(xué)模型。S103、接收所選擇實(shí)驗(yàn)類型對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，加入所選擇數(shù)學(xué)模型。針對(duì)所選擇數(shù)學(xué)模型，加入實(shí)驗(yàn)所必須的參數(shù)如邊界條件等，使得實(shí)驗(yàn)過程在預(yù) 設(shè)工藝條件下進(jìn)行，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的置信度。S104、對(duì)所選擇的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得煙絲烘干實(shí)驗(yàn)結(jié)果。完成上述步驟后，即可上機(jī)對(duì)煙絲烘干過程進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖表 或圖像等實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果可進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)，如滿足預(yù)期要求，則可根據(jù)所選擇實(shí)驗(yàn)參 數(shù)確定工藝參數(shù)。S105、判斷是否繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，若是，返回步驟S103;若否，進(jìn)入步驟S106。實(shí)驗(yàn)過程往往需要重復(fù)進(jìn)行，此時(shí)需重新選擇實(shí)驗(yàn)參數(shù)，否則可終止數(shù)值模擬過程。S106、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行人工分析與評(píng)價(jià)，優(yōu)選產(chǎn)品的加工參數(shù)。通過數(shù)值模擬得到的結(jié)果一般需要通過人工評(píng)價(jià)與分析，以便篩選出合適的工藝 參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然，對(duì)于某些特定類型實(shí)驗(yàn)，此過程也可通過專家智能系統(tǒng)進(jìn)行，在 此不再贅述。上述實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用十分方便，下面以兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明。
例1、氣流干燥方式氣流管式干燥應(yīng)用于粉粒狀物的干燥、分離，目前國內(nèi)煙草行業(yè)使用的氣流干燥 設(shè)備主要有Dickinson Iegg公司的HXD高溫氣流式葉絲干燥機(jī)和德國HAUNI公司的HDT 過熱蒸氣干燥機(jī)。在這種方式下，除建立空氣動(dòng)力學(xué)模型、氣流干燥設(shè)備的幾何模型外，還 可進(jìn)一步考慮以下因素氣流干燥器機(jī)的傳熱，因氣流干燥機(jī)內(nèi)氣流與煙絲之間主要以對(duì)流傳熱為主，需 引入對(duì)流傳熱方程；氣流干燥器機(jī)的傳質(zhì)，需引入氣流干燥機(jī)內(nèi)氣流與煙絲之間的傳質(zhì)過程模型；液滴蒸發(fā)模型，需引入考慮液滴蒸發(fā)速率方程等。對(duì)于德國HAUNI公司生產(chǎn)的一種在線高速膨脹干燥系統(tǒng)(HDT)，預(yù)設(shè)煙絲烘干數(shù) 學(xué)模型包括氣流干燥設(shè)備幾何模型，包括一級(jí)模型，對(duì)應(yīng)工藝蒸汽流經(jīng)燃燒爐加熱后的水平管；二級(jí)模型，對(duì)應(yīng)與水平管連通的煙絲干燥上升管；三級(jí)模型，對(duì)應(yīng)與干燥上升管頂端連通的旋風(fēng)分離器。該幾何模型較好地模擬了 HDT設(shè)備，可進(jìn)行氣流分布狀況、溫度分布狀況、煙絲運(yùn) 動(dòng)等實(shí)驗(yàn)，其中氣流分布實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括干燥上升管的氣流速度、氣流溫度及氣體密度等， 其實(shí)驗(yàn)結(jié)果包括蒸汽流的流線圖；溫度分布狀況實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括噴入蒸汽流量等；煙絲運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括煙絲流量、入口煙絲含水率及干燥除去水速度等， 具體可以水珠顆粒模型模擬所選擇含水率及流量的煙絲。按照上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得到多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以下為幾種實(shí)驗(yàn)情形的結(jié)果(1) HDT干燥段工藝氣流流線表1列出的邊界條件為HDT工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氣流經(jīng)水平管到達(dá)干燥上升 管后氣流速度下降，在旋風(fēng)分離器內(nèi)氣流速度下降更快；氣流圍繞旋風(fēng)分離器中心線到達(dá) 底部后又從底部螺旋上升到頂部，進(jìn)入到氣流回風(fēng)管中，在回風(fēng)管中氣流被加速，在出口處 速度達(dá)到最大值。表1、HDT干燥段工藝參數(shù) (2) HDT干燥上升管中的煙絲運(yùn)動(dòng) 采用表1中的工藝參數(shù)，將水分為22%流量為500kg/h的煙絲，換算成110kg/h的 水珠顆粒模型，通過水珠顆粒模型模擬干燥過程中的傳質(zhì)過程，水珠顆粒直徑越小表示干 燥中煙絲水分越小。為減少計(jì)算量，截取干燥上升管作為幾何模型，可得到干燥上升管中水 珠顆粒直徑變化圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明干燥過程中，煙絲入口處到干燥管的彎頭附近，水珠顆粒直徑下降最快，干燥管頂端水珠顆粒直徑下降最慢；這也就表明煙絲入口到彎頭處干燥 速度最快，干燥管頂端干燥速度最慢。(3)HDT干燥上升管中噴入蒸汽的水分傳質(zhì)速度HDT在煙絲入料口上設(shè)有蒸汽噴管，在煙絲進(jìn)料時(shí)噴加蒸汽，對(duì)煙絲起到增溫增濕 的作用。噴入蒸汽在干燥管中水分的傳質(zhì)過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明噴入蒸汽在工藝風(fēng)推動(dòng)下射 向彎頭處，主要傳質(zhì)過程集中在蒸汽噴入口到彎頭這一塊區(qū)域；彎頭的幾何尺寸影響蒸汽 水分的傳質(zhì)過程，如果彎頭半徑過小，蒸汽噴射會(huì)使煙絲在彎頭處結(jié)繩并且出現(xiàn)濕團(tuán)。例2、滾筒干燥方式滾筒干燥比較氣流干燥而言，具有熱能利用效率高、產(chǎn)品的干燥質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)品香 氣散失少的優(yōu)點(diǎn)。但這種干燥設(shè)備中的氣流運(yùn)動(dòng)狀況很難現(xiàn)場測試，為此需建立的數(shù)學(xué)模 型首先，引入氣流連續(xù)性方程、動(dòng)量方程及能量方程等；其次，根據(jù)滾筒干燥設(shè)備的 實(shí)際尺寸，建立滾筒干燥幾何模型，包括滾筒(包括熱風(fēng)管、抽風(fēng)管、進(jìn)料口、出料口)幾何 模型、滾筒內(nèi)部抄板幾何模型等；再次，對(duì)該幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立該幾何空間模型的拓?fù)渚W(wǎng)格體系；最后，將干燥設(shè)備工藝參數(shù)作為邊界條件，利用有限體積法將描述干燥過程的連 續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程在幾何空間模型的拓?fù)渚W(wǎng)格體系中離散迭代求解。這樣，在筒壁抄板溫度控制、工藝氣流溫度控制、工藝氣流速度控制等模式下，通 過模擬實(shí)驗(yàn)得到對(duì)應(yīng)滾筒干燥設(shè)備幾何空間模型的空間各點(diǎn)的溫度、壓力、物質(zhì)含量、傳熱 傳質(zhì)量等物理量的數(shù)值。將這些數(shù)值用幾何空間模型圖上的色彩標(biāo)示，即可以進(jìn)一步分析 各物理量在設(shè)備空間中的分布趨勢(shì)和變化方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱風(fēng)進(jìn)入滾筒的入口處速度最大，在筒中熱風(fēng)速度沿流動(dòng)方向逐 漸減小，滾筒右側(cè)的熱風(fēng)風(fēng)速大部分在0 lm/s，而實(shí)際測定實(shí)驗(yàn)線滾筒烘絲機(jī)中靠近出 料端的風(fēng)速為0. 2m/s，說明模擬結(jié)果與實(shí)際測定數(shù)據(jù)相吻合。由此可見，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬煙絲烘干過程，可獲得煙絲烘干過程的氣流及溫 度分布等參數(shù)，實(shí)驗(yàn)不受場地與時(shí)間限制，實(shí)施起來較為方便。這種實(shí)驗(yàn)方法的周期較短， 有利于加快產(chǎn)品研制進(jìn)程，同時(shí)也節(jié)約了生產(chǎn)成本，有助于提高企業(yè)的市場競爭力。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì) 本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改 進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括接收實(shí)驗(yàn)類型指令，選擇實(shí)驗(yàn)類型；按照所選擇實(shí)驗(yàn)類型，從預(yù)設(shè)的模型庫中選擇相應(yīng)的煙絲烘干數(shù)學(xué)模型，包括氣流空氣動(dòng)力學(xué)模型和干燥設(shè)備幾何模型；接收所選擇實(shí)驗(yàn)類型對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，加入所選擇數(shù)學(xué)模型；對(duì)所選擇的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得煙絲烘干實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，干燥設(shè)備幾何模型包括氣流 干燥設(shè)備幾何模型，包括一級(jí)模型，對(duì)應(yīng)工藝蒸汽流經(jīng)燃燒爐加熱后的水平管；二級(jí)模型，對(duì)應(yīng)與水平管連通的煙絲干燥上升管；三級(jí)模型，對(duì)應(yīng)與干燥上升管頂端連通的旋風(fēng)分離器。
3.如權(quán)利要求2所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，實(shí)驗(yàn)類型包括氣流分布狀況 實(shí)驗(yàn)，其氣流分布實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括干燥上升管的氣流速度、氣流溫度及氣體密度。
4.如權(quán)利要求3所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，氣流分布實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果包 括蒸汽流的流線圖。
5.如權(quán)利要求2所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，實(shí)驗(yàn)類型包括溫度分布狀況 實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括噴入蒸汽流量。
6.如權(quán)利要求2所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，實(shí)驗(yàn)類型包括煙絲運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)， 其實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括煙絲流量、入口煙絲含水率及干燥除去水速度。
7.如權(quán)利要求6所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，以水珠顆粒模型模擬選定含 水率及流量的煙絲。
8.如權(quán)利要求1所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)， 優(yōu)選產(chǎn)品的加工參數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，干燥設(shè)備幾何模型包括滾筒 干燥設(shè)備幾何模型，包括滾筒幾何模型及滾筒內(nèi)部抄板幾何模型。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，氣流空氣動(dòng)力學(xué)模 型包括氣流連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程。
全文摘要
本發(fā)明公開一種煙絲烘干實(shí)驗(yàn)方法，包括接收實(shí)驗(yàn)類型指令，選擇實(shí)驗(yàn)類型；按照所選擇實(shí)驗(yàn)類型，從預(yù)設(shè)的模型庫中選擇相應(yīng)的煙絲烘干數(shù)學(xué)模型，包括氣流空氣動(dòng)力學(xué)模型和干燥設(shè)備幾何模型；接收所選擇實(shí)驗(yàn)類型對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，加入所選擇數(shù)學(xué)模型；對(duì)所選擇的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得煙絲烘干實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬煙絲烘干過程，可以方便地獲得煙絲烘干過程中的氣流參數(shù)及溫度等分布參數(shù)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，加快實(shí)驗(yàn)周期。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101882172SQ20101018628
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者江威 申請(qǐng)人:廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司