摘要：為改進和優化三七密集烤房結構，提高烘烤質量，通過使用CFD方法分別對2種不同氣流工作方式的烤房進行仿真模擬，根據仿真結果對烤房烘干室內溫度場和氣流速度場進行分析，提出不同氣流工作方式對三七烘烤質量影響的假設，并根據速度云圖和溫度云圖，提出了氣流兩向式烤房建設的方案，以及烘烤工藝改進意見，并進行了試驗驗證。結果表明，優化后的氣流兩向式烤房，其烘干室內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使用效果優于舊式烤房，能夠解決實際生產中的問題，促進三七的工業化加工的發展。

　　關鍵詞：三七烤房;兩向循環;流體仿真;溫度;熱風干燥

　　作者：牛天寶

　　通信：朱 云

　　三七是我國傳統名貴中藥材，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節，干燥處理后的三七，藥性可以得到保持，而且可以延長保存時間，不易腐敗變質[2]。目前，中藥材的干燥加工方式主要還是傳統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，對于三七干燥的研究較少。

　　密集烤房采取熱風干燥，具有易于控制、省工省力省時、裝料大、烘烤質量高、節約能源等特點[4-5]。目前，密集烤房在國內外得到了廣泛的推廣和應用[6-9]，為實現工業化烘烤提供了基礎，已經成為我國烘烤設備的發展方向。現存的密集烤房設備，在各個方面的研究已經取得了顯著的效果，提高了烘烤質量和烘烤效率。但是針對三七密集烤房和三七烘烤工藝方面的研究較少，很多問題尚未解決。

　　為了提高三七烘烤質量和效率，眾多學者已經對密集烤房進行了研究，區煥財等通過試驗證明，影響三七干燥的因素依次排序為溫度、風速、鋪料密度[10]等。傳統的氣流上升和下降的工作方式，在烘烤質量和烘烤效率方面取得了一定的成果。但氣流的單向運動方式，使烘干室內溫濕度分布不均衡，使得三七容易烤壞。優化烤房結構，避免不利因素影響烘烤質量，是三七密集烤房設備的重要發展方向之一。

　　在分析氣流速度場中，計算流體動力學(CFD)方法使用的越來越廣泛，可以直觀地模擬出烘干室內的溫度場和速度場。CFD方法在溫度場計算模擬方面具有優勢，僅須要測量進風口的風速、溫度和出風口的風速等較少信息就可以計算模擬出室內的溫度分布規律[11]。陳重遠等使用CFD方法對妊娠豬舍進行了溫度場模擬，結果表明仿真溫度和實測溫度基本一致，模擬溫度場和實際溫度場吻合度較高[12]。白志鵬提出了一種密集烤房新結構，并結合CFD方法模擬仿真，分析其烤房溫濕度[13]。

　　本研究擬采用CFD方法對氣流上升式和氣流下降式三七密集烤房進行仿真模擬，得出其溫度場和流速的分布規律，以期能夠在兩向循環烤房的設計中，節省人工工作量，降低設備成本及維護成本。根據仿真結果，為氣流兩向循環烤房的設計提供理論依據，并通過試驗進行驗證。

　　1 材料與方法

　　試驗選擇在2019年11月進行，是三七收獲并進行干燥的時間。本次三七干燥試驗，以及自然干燥試驗在云南省瀘西縣大直邑村(24°51′N，103°53′E)進行，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。

　　試驗材料選自瀘西縣同一種植地點的三年生三七，對三七進行簡單處理后，分別將新鮮采摘的三七簡單處理后直接放入三七烤房中和大棚中進行自然晾曬，以避免其他因素的影響。

　　根據三七干燥數學模型，結合烘烤經驗制定三七烘烤工藝(表1)。為了驗證模擬的準確性和新型烤房的實際效果，使用TZS-Ⅰ型水分測量儀和電子秤等工具，通過測量烘干后三七的測量含水率、壞品率等數據，來驗證氣流兩向循環烤房的效果，同時測量自然晾曬后三七含水率作為對照組。

　　2 三七密集烤房結構及工作原理

　　三七密集烤房的主要結構包括加熱室和烘干室，工作時循環風機將加熱室內產生的熱風輸送到烘干室各個角落，其結構見圖1。目前，密集烤房的氣流運行方式主要是氣流上升式和氣流下降式，是根據烘干室內氣流運動方向區分的，如圖1-a所示，為氣流上升式烤房工作原理圖，在烘干室內氣流主要向上運動;如圖1-b所示，為氣流下降式烤房工作原理圖，在烘干室內氣流主要向下運動。

　　根據目前標準密集烤房的規格以及三七干燥特性要求，本研究中加熱室的結構參數取長1.2 m×寬1.0 m×高2.6 m，烘干室的結構參數取長 4.6 m×寬2.8 m×高2.6 m。

　　氣流完成1次循環過程是加熱室內的熱空氣在循環風機的帶動下，由熱風口進入烘干室，充分與三七接觸后，通過回風口再回到加熱室。當工作方式為氣流上升式時，熱空氣由熱風口進入(圖1-a)，在烘干室內烘烤三七，再由回風口進入加熱室。當工作方式為氣流下降式時(圖1-b)，熱空氣由熱風口進入，在烘干室內加熱三七，再由回風口進入加熱室。當烘干室內濕度過高時，不再構成封閉的循環，此時上進風口(或下進風口)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構與傳統的三七烤房結構相似，主要區別是在氣流轉向時，進風口作為回風口使用，回風口作為進風口使用。在工作原理方面，傳統的氣流上升和下降的工作方式，在整個烘烤過程中，氣流只是向上(或者向下)單向循環，不會發生方向的改變。氣流兩向循環烤房，在工作過程中根據烘烤階段的需要，間隔一定的時間，循環風機反向轉動，帶動烘干室內的氣流變向，烘烤過程中既有氣流上升也有氣流下降。

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