Numerische Modellierung des Getreide-Schachttrockners

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Modell zur numerischen Untersuchung des Trocknungsprozesses in Dächerschachttrocknern entwickelt und erprobt. Das entwickelte Modell besteht aus vier Teilmodellen: dem Teilmodell der Luftströmung, dem Teilmodell der Partikelbewegung, dem Teilmodell der Wärme- und Stoffübertagung am Einzelkorn und in der stehenden Getreideschüttung (Festbetttrocknung), und dem Kopplungsmodell zum Datenaustausch zwischen den Teilmodellen. Die Teilmodelle sowie das Gesamtmodell wurden durch Experimente verifiziert. Hierzu wurden im Labor das Trocknungsverhalten von Einzelkörnen, im Technikumstrockner die Druck- und Strömungsverteilung, und die Gleichmäßigkeit der Trocknung untersucht. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wurde eine neue Luftkanalanordnung für den Dächerschachttrockner entwickelt und experimentell erprobt. Mit der neuen Trocknergestaltung wird eine gleichmäßigere Gutfeuchteverteilung im Vergleich zu bisher verwendeten Luftkanalanordnungen erzielt. Die numerischen Untersuchungen zur Luftströmungsverteilung zeigten, dass die neue Trocknergeometrie durch die Einführung einer horizontalen Blindkanalreihe am Ende jeder Trocknungssektion, zu einer homogenen Strömungsverteilung in der Getreideschüttung führt. Das Gesamtmodell des Schachttrockners wurde in dieser Arbeit auf den 2D-Querschnitt des konventionellen Technikumstrockners angewandt und verifiziert. Anhand erster Simulationsergebnisse wurde gezeigt, dass das entwickelte Gesamtmodell die Temperatur- und Feuchteverteilung im kontinuierlich betriebenen Schachttrockner und die Strähnenbildung bei einer horizontalen Dachanordnung berechnen kann.

In the present work, a model for numerical investigations of the drying process in mixed flow dryers has been developed and tested. The developed model consists of four sub-models: the model of air flow, the model of particle movement, the heat and mass transfer model for single grains and grain bulks (solid bed drying), and the coupling model for data exchange between the sub-models. The sub-models and the full model were verified by experiments. For this purpose, the drying behaviour of individual grains, the pressure and airflow distribution in semi technical dryers, and the uniformity of drying were investigated. Based on the results, a new air duct arrangement for mixed flow dryers was developed and tested at technical scale. Due to the introduction of a horizontal blind channel row at the end of each drying section, the new dryer design provides a more even product moisture distribution compared to the common air duct arrangements of mixed flow dryers. The numerical studies on air flow distribution show that the new dryer geometry also leads to a more uniform air flow distribution in the grain bulk. To verify the full model, a 2D cross section of the conventional technical dryer was calculated. First results show, that the developed full model can calculate the temperature and moisture distribution in the continuously operated mixed flow dryer and the uneven drying by a horizontal airduct arrangement.