张志丰,张峻霞*,张琰

1(天津科技大学 机械工程学院,天津,300222) 2(天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室,天津,300222)

搅拌设备广泛应用于化工、食品、生物技术等行业,实现单相或多相流体的混合[1-4]。近些年,啤酒的产量、种类迅速增长,酿造工艺也在不断创新,新的生产原料及生产需求对啤酒酿造设备提出了新的要求[5]。在啤酒酿造糖化工艺中,搅拌效果对物料能否均匀混合起了决定性作用,通过对糖化锅内搅拌桨叶的改形设计能提高糖化效率。自然界中,生物为了更好的适应所处的环境进化出很多与环境相适应的特殊形态、结构与功能[6]。蝼蛄作为一种特殊的土栖生物,长期生活在砂壤土质中,在土壤中穿行时采用独特的“挖扩式”掘进方式,其爪趾进化出了适合高效挤扩土壤的特殊形态[7-8],能够将松散的土壤聚拢推扩到两侧,与搅拌桨叶在搅拌时的功能特征具有一定的相似性。在糖化锅内搅拌桨叶的优化设计中应用仿生学方法可以更高效地完善搅拌桨叶的功能,达到提高糖化效率的目的[9]。

本文基于数值模拟方法对蝼蛄爪趾推扩土壤和桨叶搅拌固液两相流的过程进行分析,文献显示[10-16],数值模拟实验结果能保证与实际工程实验数据的变化趋势相同,这些条件都能更直观地理解和研究产品与生物的功能特征。

1 糖化搅拌桨叶搅拌功能特征分析

1.1 糖化工艺要求

在糖化锅内通过搅拌使糖化醪液保持固液两相悬浮状态,并且保证物料的充分混合,同时将内壁热量快速均匀地传导给醪液,实现快速均质和传热的目的[17-18]。……