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0、引言
    人類在享受著超越時空的高科技成果的同時，不得不面對整個地球資源短缺、環(huán)境惡化、生態(tài)失衡的現(xiàn)實(shí)。增強(qiáng)環(huán)境意識，保護(hù)資源，節(jié)約能源，使人類的生產(chǎn)活動由粗放型走向知識型，提高科技含量，減少自然資源的消耗已刻不容緩。因此，旨在保護(hù)環(huán)境的“綠色”行動在世界各國紛紛興起，全球的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整呈現(xiàn)出新的綠色戰(zhàn)略趨勢，這就是要向物能資源利用合理化、廢棄物生產(chǎn)少量化、對環(huán)境無污染、少污染的綠色產(chǎn)品方向發(fā)展…。
    食品烘干機(jī)在食品加工中廣泛應(yīng)用，但其生產(chǎn)單位大部分是中小型企業(yè)，研究能力有限，目前能進(jìn)行的就是僅僅在結(jié)構(gòu)上測繪和模仿一些國外性能優(yōu)良的機(jī)型，沒有綠色設(shè)計(jì)的意識；因而，產(chǎn)品檔次低、技術(shù)含量低，在使用過程中能源消耗大。本文采用FLUENT軟件對食品烘干機(jī)的綠色設(shè)計(jì)進(jìn)行了有益的探索。
1、綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容
    綠色設(shè)計(jì)，也稱生態(tài)設(shè)計(jì)，是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量等前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。它是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢整個產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，資源利用率最高，能源消耗最低的設(shè)計(jì)技術(shù)。
    綠色設(shè)計(jì)是實(shí)施綠色制造的第一環(huán)節(jié)，即產(chǎn)品在整個生命周期中從材料選取、制造加工、包裝運(yùn)輸?shù)绞褂谩⒕S修、報(bào)廢、回收利用和最終廢棄物處理各個環(huán)節(jié)都取決于設(shè)計(jì)階段。
    1)綠色材料的選擇。綠色材料在生產(chǎn)、加工、他用和廢棄后對環(huán)境的不利影響很少或幾乎沒有，并且能夠重復(fù)使用。設(shè)計(jì)時，要優(yōu)先選擇綠色材料，此時應(yīng)選擇無毒、無污染、易被自然界分解和吸收的材料，以及選擇易回收、易處理、可重復(fù)使用的材料。
    2)節(jié)能設(shè)計(jì)。節(jié)能設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能、工藝或利用新技術(shù)、新理論使產(chǎn)品在使用過程中消耗能量最少、能量損失最少。
    3)可回收性設(shè)計(jì)和可拆卸性設(shè)計(jì)。可回收性設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時充分考慮其零部件或材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理工藝性等一系列問題，以達(dá)到資源優(yōu)化利用和污染最小的目的。可拆卸性設(shè)計(jì)是考慮在產(chǎn)品報(bào)廢后能夠方便拆卸、回收利用為目的，明確哪些零部件或材料要被拆卸并實(shí)現(xiàn)回收再生利用。
    4)長壽命設(shè)計(jì)。長壽命設(shè)計(jì)是指對產(chǎn)品功能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用各種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論和工具，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠滿足當(dāng)前和將來長時間內(nèi)的市場需求。它并非一味地延長產(chǎn)品的生命期，而是利用模塊化設(shè)計(jì)、可維修性設(shè)計(jì)、可重構(gòu)性設(shè)計(jì)和技術(shù)預(yù)測等設(shè)計(jì)理論和方法，最大限度地減少產(chǎn)品過時，也就減少了報(bào)廢處理和利用的產(chǎn)品的數(shù)量。
2、食品烘干機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)
    計(jì)算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dyna-mics，CFD)，是一種重要的汁算機(jī)模擬技術(shù)，它是流體力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)3者相互結(jié)合的產(chǎn)物。CFD軟件是計(jì)算流體力學(xué)軟件的簡稱，是用來進(jìn)行流場分析、計(jì)算、預(yù)測的專用工具。通過CFD軟件模擬，可以分析和顯示流體流動過程中發(fā)生的現(xiàn)象，及時地預(yù)測流體在模擬區(qū)域的流動性能，并通過各種參數(shù)改變，得到相應(yīng)過程的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。CFD軟件的數(shù)值模擬，為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)，節(jié)省以往實(shí)驗(yàn)所需的人力、物力和時間，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理和規(guī)律發(fā)現(xiàn)起到指導(dǎo)作用。
    在CFD軟件中，F(xiàn)LUENT軟件是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。FLUENT針對每一種流動的物理問題的特點(diǎn)，采用適合于其數(shù)值解法，從而在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達(dá)到最佳。
    本文利用FLUENT軟件來對食品烘干機(jī)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。干燥室入口管的結(jié)構(gòu)參數(shù)對食品烘干機(jī)工作時的能源消耗有較大影響，入口管的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有入口管長度L和入口管下截面的截面角度d，如見圖l所示。
    采用不同參數(shù)分別進(jìn)行仿真，仿真的參數(shù)數(shù)值如下：長度為250mm，350mm，450mm和550mm，截面角為15°，30°，45°和60°。仿真步驟如下：一是使用FLUENT中的前處理程序Gambit生成計(jì)算幾何體，進(jìn)行網(wǎng)格劃分；二是讀人在Gambit中創(chuàng)建好的網(wǎng)格文件（如圖1所示），并進(jìn)行網(wǎng)格檢查；三是建立求解模型，采用標(biāo)準(zhǔn)k-E模型；四是設(shè)置流體的物理屬性，創(chuàng)建新流體，取名為空氣(air)；五是設(shè)置邊界條件，根據(jù)實(shí)際測量的數(shù)據(jù)作為初始條件；六是求解，流場初始化，并進(jìn)行迭代計(jì)算，迭代次數(shù)為100次；七是顯示計(jì)算結(jié)果，得出速度分布圖，速度分布圖中，顏色越深表示速度越大。溫度分布圖如圖3所示；速度矢量圖如圖4所示。
    通過比較各種情況的仿真結(jié)果，可以得出：入口管長度L=500mm、截面角度a=45。時為最好。此時，干燥室內(nèi)部溫度分布基本達(dá)到均勻，氣流比較均勻，旋渦也比較小。
    因此，烘干機(jī)工作時，干燥室內(nèi)的流場分布均勻，使食品均勻加熱，能源利用效率最大，達(dá)到節(jié)能的目的。
3、結(jié)論
本文介紹了采用CFD軟件FLUENT分析食品烘干機(jī)干燥室的流體流動和傳熱問題。考慮入口管長度和截面角度的不同情況，對干燥室內(nèi)部氣流和溫度分布進(jìn)行了仿真研究。通過比較仿真結(jié)果，得到了較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使食品烘干機(jī)在工作的過程中能源消耗最少，達(dá)到節(jié)能的目的，從而提高了產(chǎn)品的綠色度，為企業(yè)實(shí)施綠色產(chǎn)品戰(zhàn)略、開發(fā)新型綠色環(huán)保產(chǎn)品打下了基礎(chǔ)。