CN108870841A - 一种速冻机用条缝喷嘴 - Google Patents

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胡慧慧
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Abstract

本发明涉及一种速冻机用条缝喷嘴，包括若干沿冻品传送板带的移动方向均匀平行排列的V型导流槽和与V型导流槽的下端连通的条缝喷嘴；V型导流槽包括相对倾斜设置的两块条形板，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；条缝喷嘴包括相对平行设置的两块条形板，条缝喷嘴的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接。条缝喷嘴的长度为1000‑2000mm，V型导流槽（1）的高度为40‑90mm，V型导流槽（1）的开口角度为0‑30°；条缝喷嘴（2）的宽度为2‑8mm，条缝喷嘴（2）的高度为0‑40mm。本发明提供的上述技术方案可以有效地提高冻品降温速率，提高冻品质量。

Description

一种速冻机用条缝喷嘴
技术领域
本发明属于速冻食品机械领域，涉及一种速冻机用条缝喷嘴。
背景技术
鼓风速冻机是速冻食品加工领域的常用设备，其中的冲击式速冻机以其较高的对流换热系数越来越成为速冻机制造厂家及科研工作者密切关注的对象。速冻机静压箱内的气流通过喷嘴结构释放出高速气流是实现冲击效果的关键，而冲击效果在很大程度上取决于喷嘴结构的结构与尺寸。现有冲击式速冻机的喷嘴结构多为圆形开孔板式结构，然而此种结构存在冻结区域冻品冻结速率低的问题。
发明内容
本发明的目的至少在于提供一种能够提高冻结区域冻品冻结速率的冲击式速冻机射流喷嘴结构。
为实现上述目的，本发明提供了一种速冻机用条缝喷嘴包括V型导流槽、条缝喷嘴；V型条缝喷嘴结构特征在于：V型导流槽、条缝喷嘴；所述V型导流槽为相对倾斜设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；条缝喷嘴包括相对平行竖直设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，条缝喷嘴的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接。所述条缝喷嘴的长度为1000-2000mm，V型导流槽的高度为40-90mm，V型导流槽的开口角度为0-30°；条缝喷嘴的宽度为2-8mm，条缝喷嘴的高度为0-40mm。
在一个实施方案中，条缝喷嘴的长度为1200-1600mm，V型导流槽的高度为60-80mm，V型导流槽的开口角度为20-30°，条缝喷嘴的宽度为5-8mm，条缝喷嘴的高度为2-10mm。
在一个实施方案中，条缝喷嘴的长度为1500mm，V型导流槽（1）的高度为71.63mm，V型导流槽（1）的开口角度为29.57°，条缝喷嘴（2）的宽度为8mm，条缝喷嘴（2）的高度为3.97mm。
附图说明
图1是本发明一种V型条缝喷嘴结构示意图。
图1中，1、V型导流槽；2、条缝喷嘴；V为V型导流槽1的高度；Q为V型导流槽1的开口角度；S为条缝喷嘴2的宽度；K为条缝喷嘴2的高度。
具体实施方式
为使本发明实现的操作流程与创作特征易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种速冻机用条缝喷嘴包括V型导流槽、条缝喷嘴；V型条缝喷嘴结构特征在于：V型导流槽1、条缝喷嘴2；所述V型导流槽1为相对倾斜设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；条缝喷嘴包括相对平行竖直设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，条缝喷嘴的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接。所述条缝喷嘴的长度为1000-2000mm，V型导流槽1的高度为40-90mm，V型导流槽1的开口角度为0-30°；条缝喷嘴2的宽度为2-8mm，条缝喷嘴2的高度为0-40mm。
首先选择的速冻机中的一个喷嘴进行建模研究。V型条缝喷嘴结构的物理模型如图1 所示，条缝喷嘴出口宽度S为5mm，条缝喷嘴出口高度K为30mm，V型导流槽高度V为66mm，V型导流槽开口角度Q为30°。速冻机模拟设定条件为：(1)条缝喷嘴入口压力为220pa，温度为228K；(2)条缝喷嘴出口压力为0pa，温度为233K；(3)速冻机所处的大气压 为101325pa；(4)速冻机喷嘴的材料均采用绝热材料；(5)速冻机喷嘴内气流为湍流，采用k-epsilon湍流模型。
在GAMBIT中通过确定各部件位置，直接进行点线面成体，再通过平移复制、移动等口令生成几何模型，对该V型条缝喷嘴的几何模型进行网格划分。由于已经直接使用GAMBIT进行几何模型的绘制，因此可直接设置边界条件及网格划分，而不需再次进行建模。
为了完成速冻机喷嘴数值模拟计算，采用基于有限体积法的计算流体动力学软件Fluent.6.3.26。首先要选择合适的喷嘴内流体对流换热的数学模型，假设喷嘴内的空气处于不可压缩的稳态运行条件下，模型中采用k-epsilon湍流模型、SIMPLE算法及二阶迎风格式进行计算。数值模拟过程中采用连续性方程、动量方程和能量方程联合求解。
利用响应面法对V型条缝喷嘴结构进行优化。表1为不同结构参数下的V型喷嘴出口速度的响应面实验设计方案与数值模拟的结果，共29个试验点。
表1不同结构参数下的V型喷嘴出口速度的响应面实验设计方案与数值模拟结果
对表1中所得数据进行回归拟合，可得二次多项回归方程：
U＝2.51867-0.028237*K+0.10398*V+0.61208*S+0.43987*Q-1.32625*0.0001*K*V+
8.03587*0.001*K*S-7.63902*0.0001*K*Q+6.00267*0.0001*V*S+
1.38711*0.000001*V*Q-3.61594*0.001*S*Q-5.00706*0.0001*K*K-
7.56263*0.0001*V*V-0.030405*S*S-6.89799*0.001*Q*Q。其中，U为条缝喷嘴出口风速，单 位为：m/s；V为V型导流槽(1)的高度，单位为：mm；Q为V型导流槽(1)的开口角 度，单位为：°；S为条缝喷嘴(2)的宽度，单位为：mm；K为条缝喷嘴(2)的高度， 单位为：mm。
表2为对回归方程进行方差分析的分析结果，该模型相关系数R2=93.13%，表明模型相关度较好，表明模型的可信度较高，模型与实验结果拟合度较高，该模型预测值与实际值可以较好地吻合，适用于V型条缝喷嘴出口流速的预测和分析。
表2 响应面回归模型的方差分析
方差来源 平方和 自由度 均方 f值 p值 显著性
模型 164.55 14 11.75 13.56 < 0.0001 *
A-K 5.51 1 5.51 6.36 0.0244
B-V 0.27 1 0.27 0.32 0.5829
C-S 19.64 1 19.64 22.65 0.0003
D-Θ 56.21 1 56.21 64.85 < 0.0001
AB 0.018 1 0.018 0.020 0.8888
AC 0.93 1 0.93 1.07 0.3179
AD 0.47 1 0.47 0.55 0.4724
BC 8.107E-003 1 8.107E-003 9.353E-003 0.9243
BD 2.435E-006 1 2.435E-006 2.809E-006 0.9987
CD 0.24 1 0.24 0.27 0.6083
A2 0.26 1 0.26 0.30 0.5924
B2 1.45 1 1.45 1.67 0.2169
C2 0.49 1 0.49 0.56 0.4665
D2 79.10 1 79.10 91.25 < 0.0001
残差 12.14 14 0.87
失拟项 12.14 10 1.21
纯误差 0.000 4 0.000
总误差 176.68 28
R2=93.13%
注：** 极显著（p<0.01）；* 显著（p<0.05）。
通过对回归方程求导得到曲面的极点值：即V型条缝喷嘴的出口速度最大为15.5119 m/s，得到结构参数的最优组合方案为条缝喷嘴高度为3.97mm、条缝喷嘴出口宽度为8mm、V型导流槽高度为71.63mm和V型导流槽开口角度为29.57°。
表3是通过公式计算和数值模拟计算的结果比较，根据表可以看出两者的偏差均小于10%，是允许的偏差范围，因此认为经过响应面法拟合得出的公式可以被应用于V型条缝喷嘴的出口速度的预测。
表3 响应面回归模型计算和实际计算偏差分析
K V S Θ U1 U2 偏差
1 30 80 5 30 13.35918 13.12791 1.73%
2 30 66 5 30 13.56634 13.2310 2.47%
3 0 66 5 30 14.44290 14.27357 1.17%
4 10 66 5 30 14.01249 14.02622 -0.10%
5 15 66 5 30 13.81926 13.86499 -0.33%
6 25 66 5 30 13.55905 13.46743 0.68%
7 35 66 5 30 13.31748 12.96973 2.61%
8 30 66 4 30 13.13122 12.99409 1.04%
9 30 66 6 30 13.67814 13.34648 2.42%
10 30 66 7 30 13.87802 13.34025 3.87%
11 30 66 8 30 14.00329 13.21239 5.65%
12 30 40 5 30 13.18232 12.63621 4.14%
13 30 50 5 30 13.29395 12.98601 2.32%
14 30 60 5 30 13.39778 13.18457 1.59%
15 30 70 5 30 13.51355 13.23187 2.08%
通过对速冻机冻结区域进行数值模拟以及响应面法分析结果表明：V型条缝喷嘴结构存在最优组合方案为条缝喷嘴高度为3.97mm、条缝喷嘴出口宽度8mm、V型导流槽高度71.63mm和V型导流槽开口角度为29.57°。这种结构能够明显提高喷嘴出口流速，提高冻品的冻结效率。
由表3可知，回归方程模型预测值与实际值可以较好地吻合，适用于V型条缝喷嘴出口流速的预测和分析。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种速冻机用条缝喷嘴，其特征在于：包括V型导流槽（1）、条缝喷嘴（2）；
所述V型导流槽（1）为相对倾斜设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；条缝喷嘴包括相对平行竖直设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，条缝喷嘴（2）的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接；
所述条缝喷嘴（2）的长度为1000-2000mm，V型导流槽（1）的高度为40-90mm，V型导流槽（1）的开口角度为0-30°；条缝喷嘴（2）的宽度为2-8mm，条缝喷嘴（2）的高度为0-40mm。
2.如权利要求1所述的一种速冻机用条缝喷嘴，其特征在于：所述条缝喷嘴的长度为1200-1600mm，V型导流槽（1）的高度为60-80mm，V型导流槽（1）的开口角度为20-30°，条缝喷嘴（2）的宽度为5-8mm，条缝喷嘴（2）的高度为2-10mm。
3.如权利要求2所述的一种速冻机用条缝喷嘴，其特征在于：所述条缝喷嘴的长度为1500mm，V型导流槽（1）的高度为71.63mm，V型导流槽（1）的开口角度为29.57°，条缝喷嘴（2）的宽度为8mm，条缝喷嘴（2）的高度为3.97mm。
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