基于FLUENT的油水混合油炸机传热分析_张学进
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
５］ 。 效益 ［
０ 引言
油炸食品历史 悠 久 ， 由 于 其 色 泽 金 黄、 口 味 酥 脆、 烹调 时 间 短 等 优 点 ， 在国内外都受到了人炸机加热升温阶段的模拟分析
１． １ 油炸机模型的建立 模型的建立是基于具有代表性的 Ｙ Ｚ Ｌ ―６ ０ 型油 水混合油炸机 ， 该型号油炸机的结构简图如图 １ 所示 。
收稿日期 ： ０ １ ５年７月２ １ 日 修回日期 ： ０ １ ５年７月３ ０日 ２ ２
图 １ 油炸机结构简图 ｉ ． １ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｎ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｆ ｇ ｇ ｙ ｇ
排渣阀 ２．进水管道 ３．冷却管 １ ４．冷却管 ２ １． ５．油炸槽体 ６．壳体 ７．过滤网 ８．加热管 ９．出油管道
ｔ ε
ε（ ＋Ｇ Ｇ Ｃ Ｇｂ） １ ｋ＋ ３ ε ε ｋ ε －Ｃ ２ ε ε ρ ｋ ＋Ｓ — — 动力粘度 ； 式中 ： μ—
— — 湍动能 ； ｋ— — — 湍动能耗散率 ； ε— — — 由于平均速度梯度引 起 的 湍 动 能 ｋ 的 产 Ｇ ｋ— 生项 ； — — 由于浮力问题引起的湍动能产生项 ； Ｇ ｂ— — — 可压湍流中脉动扩张的贡献 ； ＹＭ — — — 经验常数 ； Ｃ Ｃ １ ２ ３ ε、 ε和Ｃ ε— — — 与湍动能 ｋ 对应 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ数 ； σ ｋ— — — 与耗散率 ε对应 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ数 ； σ ε— — — 用户定义的源项 。 Ｓ ｋ 和Ｓ ε— 采用具有较高收敛性的 Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ －Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ 求解器 ； 由于加热阶段时间长 ， 时间步的数量会比较大 ， 因此采 用Ｐ Ｉ Ｓ Ｏ 算法 ， Ｉ Ｓ Ｏ 算法在运行数量大的时间步 时 比 Ｐ
图 ２ 油炸机二维模型 ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ ． ２ Ｔ ｗ ｏ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｎ Ｆ ｄ － ｇ ｙ ｇ
油、 水分界面 ２． 冷却管 ３． 加热管 ４． 油炸油 ５． 水 １．
μ μ＋ ［（ ｘ ］ σ ）
— — 流体的传热系数 ； ａ— — — 粘性耗散项 。 Ｓ Ｔ— 动量方程 （ Ｓ ａ ｖ ｉ ｅ ｒ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ方程 ） Ｎ －
ｕ） （ ρ ） （ ｒ ｕ ＋ｄ ｕ ＝ｄ ｕ ｕ） － ρ＋ ｉ ｖ（ ｉ ｖ ａ ｄ ｇ ρ ｔ ｘ ′ ２ ｕ ｕ ′ ｖ ′） （ （ ｐ ｐ ） － － ＋ Ｓ ｕ ｘ ｙ ｖ） （ ρ ） （ ｖ ｒ ＋ｄ ｕ ＝ｄ ｕ ｖ－ ρ ｉ ｖ（ ｉ ｖ ａ ｄ ｇ ｐ ｔ ｙ ′ ２ （ ） ｕ ｖ ′ ｖ ′） （ ｐ ｐ － ＋ － ｘ ｙ （ ） ＋Ｓ ３ ｖ
８］ 到的密度随温度的二次函数 ［
ａ Ｔ） （ ρ （ ｒ Ｔ ＋Ｓ ａ ｄ ＋ｄ ｕ Ｔ） ＝ｄ ｉ ｖ ｉ ｖ ｇ Ｔ ρ ｃ ｔ ｐ — — 比热容 ； 式中 ： ｃ ｐ—
［
］
［
］
— —ｘ 方向上的流体速度 。 式中 ： ｕ— — — ｙ 方向上的流体速度 。 ｖ— 湍流模型为标准的 ｋ－ ε 模型 ：
ｋ ｕ ｋ） （ ｋ ｉ） ｔ （ μ ρ ＋ ρ ＝ μ＋ ｔ ｘ ｘ ｘ σ ｉ ｉ ｋ ｊ
［（
） ］
ε
ｊ
＋Ｇ Ｇ ＹＭ ＋Ｓ ε－ ｋ＋ ｂ－ ｋ ρ ） （ ｕ ε ｉ） ε （ ρ ＋ ρ ＝ ｔ ｘ ｘ ｉ ｊ
１ ０］ 。在计算过程中用到的模型方 解油 、 水的温度变 化 ［
程如下 ： 连续性方程
ρ ） （ ｄ ｕ ＝０ ｉ ｖ ｐ τ — — 流体密度 ； — 式中 ： ρ
— — 流体速度矢量 。 ｕ— 能量方程
（ ） １
认值 。 ４ 边界条件与初始条件 １． 油炸机内总共有水和油炸油两种流体， 其中水是自 ／ （ ·Ｋ） ， 来水， 其Ｃ ４ １ ８ ２ Ｊ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ＝ ０ ． ６ ｋ Ｔ ｙ ｇ ｐ＝ ／ ／ （ · ） ， （ · ） ， 密 度 根 据 Ｗ ｍ Ｋ Ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ． ０ ０ １ ０ ０ ３ ｋ ｙ＝０ ｇ ｍ ｓ 在 ０． 我们研究的温度 范 围 ０℃ ～１ ０ ０℃ 内 ， １ ＭＰ ａ下 得
。 油水混合油 炸 基 于 油 水 密 度 的 不 同 可 以 将 其
［ ４］
工作区域分为三个层次 ， 最上层是油炸层 ， 中间层是过 渡层 ， 最下层是水层 。 在其工作过程中 ， 油渣通过过 渡层落入水底避 免 了 对 油 炸 油 的 二 次 污 染 ， 延长油料 的使用寿命 ， 经过实验验证 ， 油水混合油炸设备油炸油 的使用寿命是传 统 油 炸 设 备 的 ２～３ 倍 。 由 于 对 油 水 混合油炸机的传 热 机 理 未 有 系 统 研 究 ， 且缺乏传热的 理论研究 ， 油炸机传热参数的选择依据不足 ， 导致油炸 机传热不均 、 热 耗 过 大、 性能不稳定以及“ 爆 油” 现 象。 因此 ， 需要开发油炸机传热模型和传热优化技术 ， 以实 现油炸机的科学设计和优化 。 目前 ， 对油水混 合 油 炸 机 传 热 机 理 的 研 究 还 是 在 进行实验测试与理论计算阶段 ， 此方式不仅昂贵 ， 效率 还很低 。 本文基于 Ｆ 水的加 ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软件来模拟计算油 、 热过程 ， 对油炸机工作过程中油 、 水的温度分布及变化 进行精确的预测 ， 为油炸机的优化设计及改造提供一 种新方法 。 通过 大 量 的 应 用 实 例 可 知 ， 该方法不仅具 有较 高 的 准 确 性 和 可 靠 性 ， 还 能 节 省 成 本， 带来经济
壳 体、 Ｙ Ｚ Ｌ ―６ ０ 型油水混 合 油 炸 机 由 油 炸 槽 体 、 过滤网 、 加热管 、 冷 却 管、 出 油 管 道、 排 渣 阀、 进水管道 等组成 。 整个结 构 分 为 上 下 两 层 ， 工作时先由进水管 加水再加入油 ， 水、 油 由 于 密 度 不 同 自 然 分 层； 电加热
利用 Ｆ 得 到 了 油、 水 的 温 度 分 布 云 图， 发 现 油、 水 摘要 ： ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软件仿真模拟了油水混合油炸 机 在 加 热 过 程 中 的 传 热 情 况 ， 整 的温度分布出现明显的分层 。 对比了不同油 、 水分界面位 置 对 油 水 温 度 的 影 响 ， 得出分界面距槽体底部为１ ２ ０ ｍｍ 时 ， 个油 、 水温度分布处于最佳状态 ， 为油炸机在实际工作中添 加 油 、 水提供了理论参考。仿真结果 与 试 验 数 据 非 常 一 致， 最 为油水混合油炸机的优化改造提供了一种方便快捷、 功能强 大的温差不超过 ７℃ 。Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ对所建模型的模拟结 果 合 理 ， 大的新方法 。 ； 关键词 ： 油水混合 ； 分界面 ； 优化 ； 验证 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ） 中图分类号 ： Ｐ ３ ９ １ 文献标识码 ： ０ ９ ５－５ ５ ５ ３（ ２ ０ １ ６ ０ ８－０ ０ ９ ６－０ ５ Ｔ Ａ 文章编号 ： ２ ： ］ ， （ ） 张学进 ，叶长文 ，陈坤杰 ，康瑞 ．基于 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 的油水混合油炸机传热分析［ ９ ６ １ ０ ０ Ｊ ．中国农机化学报 ， ２ ０ １ ６ ３ ７ ８ ～ ，Ｙ ， ，Ｋ Ｒ ｕ ｉ ．Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｌ Ｚ ｈ ａ ｎ Ｘ ｕ ｅ ｉ ｎ ｅ Ｃ ｈ ａ ｎ ｗ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｋ ｕ ｎ ｉ ｅ ａ ｎ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ａ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｎ －ｗ － ｙ ｇ ｊ ｇ ｊ ｇ ｙ ｇ ］ ， （ ） ： ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ［ Ｊ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ２ ０ １ ６， ３ ７ ８ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ６～１ ０ ０ ９ ｇ ｙ
第８期
张学进 等 ：基于 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 的油水混合油炸机传热分析
７ ９
管位于油面下 １ 过 滤 网 位 于 加 热 管 上， 温控 １ ０ ｍｍ 处 ， 装置使油层温度保持在有效油温 （ 之内 ； 冷 ８ ０℃ 左右 ） １ 却管道 位 于 油 水 过 渡 层 ， 目的是保证水的温度低于 避免 “ 爆油 ” 现象 ； 炸制过程中产生的油渣从 ０℃ 以下 ， ５ 过滤网漏下 ， 经油 水 分 界 面 沉 入 水 中 ， 积 存 于 锅 底， 由 排渣阀定期排出 。 建立油炸机模型时需要做以下假设 ： ）由于油炸机槽体的结 构 前 后 对 称 ， 每个纵断面 １ 的形状都一样 ， 任一纵断面的油 、 水温度分布情况都可 以反映出总体油 、 水的温度分布情况 。 为此 ， 把三维油 炸机简化成二 维 模 型 ， 如 图 ２ 所 示。 该 油 炸 机 模 型 中 油层高度３ 加热管位于油面 水层高 度 １ ４ ０ ｍｍ， ６ ０ ｍｍ； 其直径是 １ 共放置 ６ 组 加 热 管 ， 下１ 分 １ ０ ｍｍ 处 ， ０ ｍｍ， 三排 ， 每组功率为 ３ ｋＷ 。
１ １］ ； 离散 格 式 采 用 迎 风 二 阶 格 式 ； 其余采用默 较稳定 ［ ２
（ ） ４
）假设水的各种特性仅与温度有关 。 ２ ）油炸机槽体装有保温 材 料 ， 加热过程中的油炸 ３ 机壳体的漏热可以忽略不计 。 ）将油 、 水视为不可压 缩 流 体 ， 加 热 过 程 中， 槽体 ４ ［ ８ ９］ 。 内的油 、 水呈湍流流动 １． ２ 划分网格 利用 Ｉ Ｃ ＥＭ Ｃ Ｆ Ｄ 的划分网格功能对所建模型进 ， 最终划分的网格质 行网格划分 ， 网格类型为 Ａ ｌ ｌ Ｔ ｒ ｉ ［ ８ ９］ 。 ， 量为 ０． 网格质量满足仿真要求 ５ ８＞０ １． ３ 传热模型 在加热过程中 ， 流 体 的 密 度、 能 量、 动量等物理参 数存在密切的相 互 依 赖 关 系 ， 因此采用耦合式解法求
： ／ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． １ ３ ７ ３ ３ ． ｃ ａ ｍ． ｉ ｓ ｓ ｎ． ２ ０ ９ ５－５ ５ ５ ３． ２ ０ １ ６． ０ ８． ０ ２ １ ｊ ｊ
基于 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 的油水混合油炸机传热分析 ＊
张学进 ， 叶长文 ， 陈坤杰 ， 康瑞
（ ） 南京农业大学工学院 ， 南京市 ， １ ０ ０ ３ １ ２
第３ ７卷 第８期 ２ ０ １ ６年８月
中国农机化学报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ７ Ｎ ｏ ． ８ Ａ ｕ ． ０ １ ６ ２ ｇ
） 项目 （ ０ １ ３ 年引进国际先进农业科学技术计划 （ ９ ４ ８ 计划 ） ０ １ ３－Ｚ ２ ３ ２ ２ ＊ 基金项目 ： ： 第一作者 ： 张学进 ， 男， 安徽界首人 ， 硕士研究生 ； 研究方向为农产品加工与检测 。Ｅ－ｍ ９ ９ ０ 年生 ， ａ ｉ ｌ ｚ ｘ ０ ０ １ ９ ９ ０＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ １ ｊ ： 通讯作者 ： 陈坤杰 ， 男， 江苏南京人 ， 教授 ， 博士 ； 研究方向为农产品加工与检测 。Ｅ－ｍ ９ ６ ３ 年生 ， ａ ｉ ｌ ｋ ｕ ｎ ｉ ｅ ｃ ｈ ｅ ｎ ａ ｕ． ｃ ｎ １ ＠ｎ ｊ ｊ
０ 引言
油炸食品历史 悠 久 ， 由 于 其 色 泽 金 黄、 口 味 酥 脆、 烹调 时 间 短 等 优 点 ， 在国内外都受到了人炸机加热升温阶段的模拟分析
１． １ 油炸机模型的建立 模型的建立是基于具有代表性的 Ｙ Ｚ Ｌ ―６ ０ 型油 水混合油炸机 ， 该型号油炸机的结构简图如图 １ 所示 。
收稿日期 ： ０ １ ５年７月２ １ 日 修回日期 ： ０ １ ５年７月３ ０日 ２ ２
图 １ 油炸机结构简图 ｉ ． １ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｎ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｆ ｇ ｇ ｙ ｇ
排渣阀 ２．进水管道 ３．冷却管 １ ４．冷却管 ２ １． ５．油炸槽体 ６．壳体 ７．过滤网 ８．加热管 ９．出油管道
ｔ ε
ε（ ＋Ｇ Ｇ Ｃ Ｇｂ） １ ｋ＋ ３ ε ε ｋ ε －Ｃ ２ ε ε ρ ｋ ＋Ｓ — — 动力粘度 ； 式中 ： μ—
— — 湍动能 ； ｋ— — — 湍动能耗散率 ； ε— — — 由于平均速度梯度引 起 的 湍 动 能 ｋ 的 产 Ｇ ｋ— 生项 ； — — 由于浮力问题引起的湍动能产生项 ； Ｇ ｂ— — — 可压湍流中脉动扩张的贡献 ； ＹＭ — — — 经验常数 ； Ｃ Ｃ １ ２ ３ ε、 ε和Ｃ ε— — — 与湍动能 ｋ 对应 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ数 ； σ ｋ— — — 与耗散率 ε对应 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ数 ； σ ε— — — 用户定义的源项 。 Ｓ ｋ 和Ｓ ε— 采用具有较高收敛性的 Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ －Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ 求解器 ； 由于加热阶段时间长 ， 时间步的数量会比较大 ， 因此采 用Ｐ Ｉ Ｓ Ｏ 算法 ， Ｉ Ｓ Ｏ 算法在运行数量大的时间步 时 比 Ｐ
图 ２ 油炸机二维模型 ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ ． ２ Ｔ ｗ ｏ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｎ Ｆ ｄ － ｇ ｙ ｇ
油、 水分界面 ２． 冷却管 ３． 加热管 ４． 油炸油 ５． 水 １．
μ μ＋ ［（ ｘ ］ σ ）
— — 流体的传热系数 ； ａ— — — 粘性耗散项 。 Ｓ Ｔ— 动量方程 （ Ｓ ａ ｖ ｉ ｅ ｒ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ方程 ） Ｎ －
ｕ） （ ρ ） （ ｒ ｕ ＋ｄ ｕ ＝ｄ ｕ ｕ） － ρ＋ ｉ ｖ（ ｉ ｖ ａ ｄ ｇ ρ ｔ ｘ ′ ２ ｕ ｕ ′ ｖ ′） （ （ ｐ ｐ ） － － ＋ Ｓ ｕ ｘ ｙ ｖ） （ ρ ） （ ｖ ｒ ＋ｄ ｕ ＝ｄ ｕ ｖ－ ρ ｉ ｖ（ ｉ ｖ ａ ｄ ｇ ｐ ｔ ｙ ′ ２ （ ） ｕ ｖ ′ ｖ ′） （ ｐ ｐ － ＋ － ｘ ｙ （ ） ＋Ｓ ３ ｖ
８］ 到的密度随温度的二次函数 ［
ａ Ｔ） （ ρ （ ｒ Ｔ ＋Ｓ ａ ｄ ＋ｄ ｕ Ｔ） ＝ｄ ｉ ｖ ｉ ｖ ｇ Ｔ ρ ｃ ｔ ｐ — — 比热容 ； 式中 ： ｃ ｐ—
［
］
［
］
— —ｘ 方向上的流体速度 。 式中 ： ｕ— — — ｙ 方向上的流体速度 。 ｖ— 湍流模型为标准的 ｋ－ ε 模型 ：
ｋ ｕ ｋ） （ ｋ ｉ） ｔ （ μ ρ ＋ ρ ＝ μ＋ ｔ ｘ ｘ ｘ σ ｉ ｉ ｋ ｊ
［（
） ］
ε
ｊ
＋Ｇ Ｇ ＹＭ ＋Ｓ ε－ ｋ＋ ｂ－ ｋ ρ ） （ ｕ ε ｉ） ε （ ρ ＋ ρ ＝ ｔ ｘ ｘ ｉ ｊ
１ ０］ 。在计算过程中用到的模型方 解油 、 水的温度变 化 ［
程如下 ： 连续性方程
ρ ） （ ｄ ｕ ＝０ ｉ ｖ ｐ τ — — 流体密度 ； — 式中 ： ρ
— — 流体速度矢量 。 ｕ— 能量方程
（ ） １
认值 。 ４ 边界条件与初始条件 １． 油炸机内总共有水和油炸油两种流体， 其中水是自 ／ （ ·Ｋ） ， 来水， 其Ｃ ４ １ ８ ２ Ｊ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ＝ ０ ． ６ ｋ Ｔ ｙ ｇ ｐ＝ ／ ／ （ · ） ， （ · ） ， 密 度 根 据 Ｗ ｍ Ｋ Ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ． ０ ０ １ ０ ０ ３ ｋ ｙ＝０ ｇ ｍ ｓ 在 ０． 我们研究的温度 范 围 ０℃ ～１ ０ ０℃ 内 ， １ ＭＰ ａ下 得
。 油水混合油 炸 基 于 油 水 密 度 的 不 同 可 以 将 其
［ ４］
工作区域分为三个层次 ， 最上层是油炸层 ， 中间层是过 渡层 ， 最下层是水层 。 在其工作过程中 ， 油渣通过过 渡层落入水底避 免 了 对 油 炸 油 的 二 次 污 染 ， 延长油料 的使用寿命 ， 经过实验验证 ， 油水混合油炸设备油炸油 的使用寿命是传 统 油 炸 设 备 的 ２～３ 倍 。 由 于 对 油 水 混合油炸机的传 热 机 理 未 有 系 统 研 究 ， 且缺乏传热的 理论研究 ， 油炸机传热参数的选择依据不足 ， 导致油炸 机传热不均 、 热 耗 过 大、 性能不稳定以及“ 爆 油” 现 象。 因此 ， 需要开发油炸机传热模型和传热优化技术 ， 以实 现油炸机的科学设计和优化 。 目前 ， 对油水混 合 油 炸 机 传 热 机 理 的 研 究 还 是 在 进行实验测试与理论计算阶段 ， 此方式不仅昂贵 ， 效率 还很低 。 本文基于 Ｆ 水的加 ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软件来模拟计算油 、 热过程 ， 对油炸机工作过程中油 、 水的温度分布及变化 进行精确的预测 ， 为油炸机的优化设计及改造提供一 种新方法 。 通过 大 量 的 应 用 实 例 可 知 ， 该方法不仅具 有较 高 的 准 确 性 和 可 靠 性 ， 还 能 节 省 成 本， 带来经济
壳 体、 Ｙ Ｚ Ｌ ―６ ０ 型油水混 合 油 炸 机 由 油 炸 槽 体 、 过滤网 、 加热管 、 冷 却 管、 出 油 管 道、 排 渣 阀、 进水管道 等组成 。 整个结 构 分 为 上 下 两 层 ， 工作时先由进水管 加水再加入油 ， 水、 油 由 于 密 度 不 同 自 然 分 层； 电加热
利用 Ｆ 得 到 了 油、 水 的 温 度 分 布 云 图， 发 现 油、 水 摘要 ： ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软件仿真模拟了油水混合油炸 机 在 加 热 过 程 中 的 传 热 情 况 ， 整 的温度分布出现明显的分层 。 对比了不同油 、 水分界面位 置 对 油 水 温 度 的 影 响 ， 得出分界面距槽体底部为１ ２ ０ ｍｍ 时 ， 个油 、 水温度分布处于最佳状态 ， 为油炸机在实际工作中添 加 油 、 水提供了理论参考。仿真结果 与 试 验 数 据 非 常 一 致， 最 为油水混合油炸机的优化改造提供了一种方便快捷、 功能强 大的温差不超过 ７℃ 。Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ对所建模型的模拟结 果 合 理 ， 大的新方法 。 ； 关键词 ： 油水混合 ； 分界面 ； 优化 ； 验证 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ） 中图分类号 ： Ｐ ３ ９ １ 文献标识码 ： ０ ９ ５－５ ５ ５ ３（ ２ ０ １ ６ ０ ８－０ ０ ９ ６－０ ５ Ｔ Ａ 文章编号 ： ２ ： ］ ， （ ） 张学进 ，叶长文 ，陈坤杰 ，康瑞 ．基于 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 的油水混合油炸机传热分析［ ９ ６ １ ０ ０ Ｊ ．中国农机化学报 ， ２ ０ １ ６ ３ ７ ８ ～ ，Ｙ ， ，Ｋ Ｒ ｕ ｉ ．Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｌ Ｚ ｈ ａ ｎ Ｘ ｕ ｅ ｉ ｎ ｅ Ｃ ｈ ａ ｎ ｗ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｋ ｕ ｎ ｉ ｅ ａ ｎ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ａ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｎ －ｗ － ｙ ｇ ｊ ｇ ｊ ｇ ｙ ｇ ］ ， （ ） ： ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ［ Ｊ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ２ ０ １ ６， ３ ７ ８ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ６～１ ０ ０ ９ ｇ ｙ
第８期
张学进 等 ：基于 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 的油水混合油炸机传热分析
７ ９
管位于油面下 １ 过 滤 网 位 于 加 热 管 上， 温控 １ ０ ｍｍ 处 ， 装置使油层温度保持在有效油温 （ 之内 ； 冷 ８ ０℃ 左右 ） １ 却管道 位 于 油 水 过 渡 层 ， 目的是保证水的温度低于 避免 “ 爆油 ” 现象 ； 炸制过程中产生的油渣从 ０℃ 以下 ， ５ 过滤网漏下 ， 经油 水 分 界 面 沉 入 水 中 ， 积 存 于 锅 底， 由 排渣阀定期排出 。 建立油炸机模型时需要做以下假设 ： ）由于油炸机槽体的结 构 前 后 对 称 ， 每个纵断面 １ 的形状都一样 ， 任一纵断面的油 、 水温度分布情况都可 以反映出总体油 、 水的温度分布情况 。 为此 ， 把三维油 炸机简化成二 维 模 型 ， 如 图 ２ 所 示。 该 油 炸 机 模 型 中 油层高度３ 加热管位于油面 水层高 度 １ ４ ０ ｍｍ， ６ ０ ｍｍ； 其直径是 １ 共放置 ６ 组 加 热 管 ， 下１ 分 １ ０ ｍｍ 处 ， ０ ｍｍ， 三排 ， 每组功率为 ３ ｋＷ 。
１ １］ ； 离散 格 式 采 用 迎 风 二 阶 格 式 ； 其余采用默 较稳定 ［ ２
（ ） ４
）假设水的各种特性仅与温度有关 。 ２ ）油炸机槽体装有保温 材 料 ， 加热过程中的油炸 ３ 机壳体的漏热可以忽略不计 。 ）将油 、 水视为不可压 缩 流 体 ， 加 热 过 程 中， 槽体 ４ ［ ８ ９］ 。 内的油 、 水呈湍流流动 １． ２ 划分网格 利用 Ｉ Ｃ ＥＭ Ｃ Ｆ Ｄ 的划分网格功能对所建模型进 ， 最终划分的网格质 行网格划分 ， 网格类型为 Ａ ｌ ｌ Ｔ ｒ ｉ ［ ８ ９］ 。 ， 量为 ０． 网格质量满足仿真要求 ５ ８＞０ １． ３ 传热模型 在加热过程中 ， 流 体 的 密 度、 能 量、 动量等物理参 数存在密切的相 互 依 赖 关 系 ， 因此采用耦合式解法求
： ／ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． １ ３ ７ ３ ３ ． ｃ ａ ｍ． ｉ ｓ ｓ ｎ． ２ ０ ９ ５－５ ５ ５ ３． ２ ０ １ ６． ０ ８． ０ ２ １ ｊ ｊ
基于 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 的油水混合油炸机传热分析 ＊
张学进 ， 叶长文 ， 陈坤杰 ， 康瑞
（ ） 南京农业大学工学院 ， 南京市 ， １ ０ ０ ３ １ ２
第３ ７卷 第８期 ２ ０ １ ６年８月
中国农机化学报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ７ Ｎ ｏ ． ８ Ａ ｕ ． ０ １ ６ ２ ｇ
） 项目 （ ０ １ ３ 年引进国际先进农业科学技术计划 （ ９ ４ ８ 计划 ） ０ １ ３－Ｚ ２ ３ ２ ２ ＊ 基金项目 ： ： 第一作者 ： 张学进 ， 男， 安徽界首人 ， 硕士研究生 ； 研究方向为农产品加工与检测 。Ｅ－ｍ ９ ９ ０ 年生 ， ａ ｉ ｌ ｚ ｘ ０ ０ １ ９ ９ ０＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ １ ｊ ： 通讯作者 ： 陈坤杰 ， 男， 江苏南京人 ， 教授 ， 博士 ； 研究方向为农产品加工与检测 。Ｅ－ｍ ９ ６ ３ 年生 ， ａ ｉ ｌ ｋ ｕ ｎ ｉ ｅ ｃ ｈ ｅ ｎ ａ ｕ． ｃ ｎ １ ＠ｎ ｊ ｊ