一种层式烘干机的设计方法及设计装置

1.本技术涉及烘干技术领域，尤其是涉及一种层式烘干机的设计方法及设计装置。


背景技术：

2.层式烘干机利用加热气流，将热能自底向上传递给各烘干层中的物料，使各烘干层中物料的水分不断蒸发，实现对物料的加热烘干。层式烘干机广泛应用于粮食、医药和饲料等行业，例如，层式烘干机通过对葵花籽进行烘干，有利于粮食储存和减少粮食霉变。
3.目前，在现有技术中，层式烘干机往往对物料的烘干不均匀，影响烘干后物料的质量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种层式烘干机的设计方法及设计装置，将在预定时间节点层式烘干机预定高度处横截面内的温度的标准差的倒数作为烘干均匀度，并以烘干均匀度为设计优化指标，根据烘干均匀度和设计参数之间的响应曲面确定出层式烘干机的实际设计参数；这样，使得根据实际设计参数设计得到的层式烘干机的烘干均匀度更高，能够更均匀地烘干物料，进而提高烘干物料的质量。
5.本技术实施例提供了一种层式烘干机的设计方法，所述设计方法包括：
6.建立层式烘干机的有限元模型；
7.对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度；其中，所述设计参数包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；所述温度分布图用于表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度变化情况；所述烘干均匀度是指在预定时间节点所述层式烘干机预定高度处的横截面内的温度的标准差的倒数；
8.对所述温度分布图进行取样，得到多个采样点；
9.将所述多个采样点使用遗传算法求解，拟合出所述烘干均匀度与所述设计参数之间的响应曲面；其中，所述响应曲面包括所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述热风流量之间的第一响应曲面、所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述烘干物料厚度之间的第二响应曲面以及所述烘干均匀度与所述热风流量和所述烘干物料厚度之间的第三响应曲面；
10.基于所述第一响应曲面、所述第二响应曲面和所述第三响应曲面，确定使得所述烘干均匀度满足预定条件的优化设计参数；
11.对所述优化设计参数进行验证，若所述优化设计参数通过验证，则将所述优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。
12.进一步的，所述建立层式烘干机的有限元模型，包括：
13.根据所述层式烘干机的结构参数，建立所述层式烘干机的三维物理模型；
14.对所述三维物理模型进行均匀网格划分，并定义经均匀网格划分得到的所述三维
物理模型中每个网格域的网格属性；其中，所述网格属性包括进风口、出风口和第n个烘干层，n为正整数；
15.对网格属性为进风口或出风口的每个网格域进行网格加密，得到所述层式烘干机的所述有限元模型。
16.进一步的，所述对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度，包括：
17.根据烘干工艺情况，对所述有限元模型进行工艺参数设置和所述设计参数的边界范围设置；其中，所述工艺参数包括以下各项中的至少一项：所述层式烘干机的初始温度、所述热风入口的热风温度和所述层式烘干机内部的流场模型；
18.将所述有限元模型中的每个烘干层划分为烘干介质层和烘干物料层；
19.根据所述烘干工艺情况设置所述烘干介质层的材料属性，以及将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层；
20.选取所述设计参数的边界范围内的多个设计参数，分别对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度。
21.进一步的，所述将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层，包括：
22.根据所述烘干物料层中烘干物料、空气和水的体积分数、密度和比热容，以及所述多孔介质模型层的等效密度，确定所述多孔介质模型层的等效比热容；
23.将所述烘干物料层的空隙率，确定为所述多孔介质模型层的等效空隙率；
24.根据所述烘干物料的固体导热系数、水的流体导热系数和所述多孔介质模型层的等效空隙率，确定所述多孔介质模型层的等效导热系数；
25.根据所述等效空隙率和所述烘干物料的平均颗粒直径，确定所述多孔介质模型层的等效惯性阻力系数和等效渗透性。
26.进一步的，所述对所述优化设计参数进行验证，包括：
27.按照预定规则对所述优化设计参数进行圆整；
28.根据圆整后的所述优化设计参数对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在圆整后的所述优化设计参数下所述层式烘干机的优化烘干均匀度；
29.确定所述优化烘干均匀度是否满足预定条件；
30.若所述优化烘干均匀度满足预定条件，则确定所述优化设计参数通过验证。
31.本技术实施例还提供了一种层式烘干机的设计装置，所述设计装置包括：
32.建立模块，用于建立层式烘干机的有限元模型；
33.求解模块，用于对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度；其中，所述设计参数包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；所述温度分布图用于表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度变化情况；所述烘干均匀度是指在预定时间节点所述层式烘干机预定高度处的横截面内的温度的标准差的倒数；
34.取样模块，用于对所述温度分布图进行取样，得到多个采样点；
35.拟合模块，用于将所述多个采样点使用遗传算法求解，拟合出所述烘干均匀度与所述设计参数之间的响应曲面；其中，所述响应曲面包括所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述热风流量之间的第一响应曲面、所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸
和所述烘干物料厚度之间的第二响应曲面以及所述烘干均匀度与所述热风流量和所述烘干物料厚度之间的第三响应曲面；
36.确定模块，用于基于所述第一响应曲面、所述第二响应曲面和所述第三响应曲面，确定使得所述烘干均匀度满足预定条件的优化设计参数；
37.验证模块，用于对所述优化设计参数进行验证，若所述优化设计参数通过验证，则将所述优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。
38.进一步的，所述建立模块在用于建立层式烘干机的有限元模型时，所述建立模块用于：
39.根据所述层式烘干机的结构参数，建立所述层式烘干机的三维物理模型；
40.对所述三维物理模型进行均匀网格划分，并定义经均匀网格划分得到的所述三维物理模型中每个网格域的网格属性；其中，所述网格属性包括进风口、出风口和第n个烘干层，n为正整数；
41.对网格属性为进风口或出风口的每个网格域进行网格加密，得到所述层式烘干机的所述有限元模型。
42.进一步的，所述求解模块在用于对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度时，所述求解模块用于：
43.根据烘干工艺情况，对所述有限元模型进行工艺参数设置和所述设计参数的边界范围设置；其中，所述工艺参数包括以下各项中的至少一项：所述层式烘干机的初始温度、所述热风入口的热风温度和所述层式烘干机内部的流场模型；
44.将所述有限元模型中的每个烘干层划分为烘干介质层和烘干物料层；
45.根据所述烘干工艺情况设置所述烘干介质层的材料属性，以及将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层；
46.选取所述设计参数的边界范围内的多个设计参数，分别对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度。
47.进一步的，所述求解模块在用于将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层时，所述求解模块用于：
48.根据所述烘干物料层中烘干物料、空气和水的体积分数、密度和比热容，以及所述多孔介质模型层的等效密度，确定所述多孔介质模型层的等效比热容；
49.将所述烘干物料层的空隙率，确定为所述多孔介质模型层的等效空隙率；
50.根据所述烘干物料的固体导热系数、水的流体导热系数和所述多孔介质模型层的等效空隙率，确定所述多孔介质模型层的等效导热系数；
51.根据所述等效空隙率和所述烘干物料的平均颗粒直径，确定所述多孔介质模型层的等效惯性阻力系数和等效渗透性。
52.进一步的，所述验证模块在用于对所述优化设计参数进行验证时，所述验证模块用于：
53.按照预定规则对所述优化设计参数进行圆整；
54.根据圆整后的所述优化设计参数对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在圆整后的所述优化设计参数下所述层式烘干机的优化烘干均匀度；
55.确定所述优化烘干均匀度是否满足预定条件；
56.若所述优化烘干均匀度满足预定条件，则确定所述优化设计参数通过验证。
57.本技术实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的一种层式烘干机的设计方法的步骤。
58.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的一种层式烘干机的设计方法的步骤。
59.本技术实施例提供的一种层式烘干机的设计方法及设计装置，包括：建立层式烘干机的有限元模型；对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度；其中，所述设计参数包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；所述温度分布图用于表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度变化情况；所述烘干均匀度是指在预定时间节点所述层式烘干机预定高度处的横截面内的温度的标准差的倒数；对所述温度分布图进行取样，得到多个采样点；将所述多个采样点使用遗传算法求解，拟合出所述烘干均匀度与所述设计参数之间的响应曲面；其中，所述响应曲面包括所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述热风流量之间的第一响应曲面、所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述烘干物料厚度之间的第二响应曲面以及所述烘干均匀度与所述热风流量和所述烘干物料厚度之间的第三响应曲面；基于所述第一响应曲面、所述第二响应曲面和所述第三响应曲面，确定使得所述烘干均匀度满足预定条件的优化设计参数；对所述优化设计参数进行验证，若所述优化设计参数通过验证，则将所述优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。
60.通过这种方式，将在预定时间节点层式烘干机预定高度处横截面内的温度的标准差的倒数作为烘干均匀度，并以烘干均匀度为设计优化指标，根据烘干均匀度和设计参数之间的响应曲面确定出层式烘干机的实际设计参数；这样，使得根据实际设计参数设计得到的层式烘干机的烘干均匀度更高，能够更均匀地烘干物料，进而提高烘干物料的质量。
61.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
62.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
63.图1示出了本技术实施例所提供的一种层式烘干机的设计方法的流程图之一；
64.图2示出了本技术实施例所提供的一种层式烘干机的设计方法的流程图之二；
65.图3示出了本技术实施例所提供的一种层式烘干机的设计装置的结构示意图；
66.图4示出了本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
67.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
68.经研究发现，层式烘干机利用加热气流，将热能自底向上传递给各烘干层中的物料，使各烘干层中物料的水分不断蒸发，实现对物料的加热烘干。层式烘干机广泛应用于粮食、医药和饲料等行业，例如，层式烘干机通过对葵花籽进行烘干，有利于粮食储存和减少粮食霉变。目前，在现有技术中，层式烘干机往往对物料的烘干不均匀，影响烘干后物料的质量。
69.基于此，本技术实施例提供了一种层式烘干机的设计方法，将在预定时间节点层式烘干机预定高度处横截面内的温度的标准差的倒数作为烘干均匀度，并以烘干均匀度为设计优化指标，根据烘干均匀度和设计参数之间的响应曲面确定出层式烘干机的实际设计参数；这样，使得根据实际设计参数设计得到的层式烘干机的烘干均匀度更高，能够更均匀地烘干物料，进而提高烘干物料的质量。
70.首先，对层式烘干机的工作原理进行介绍。层式烘干机的烘焙腔中设有至少一层平铺的烘干层、进风口和出风口，以通过流动的高温气体对烘干层中的烘干物料进行烘干。具体的，层式烘干机在工作时，层式烘干机中的引风电机转动以将外部的干燥空气引入烘干机，外部的干燥空气通过散热片与热油管进行热交换，被加热成高温空气并通过进风口被送入烘焙腔；高温气体从烘焙腔底部的进风口进入，并从烘焙腔顶部的出风口排出，在这一过程中，高温气体自底向上地将各烘干层中的烘干物料加热烘干。
71.请参阅图1，图1为本技术实施例所提供的一种层式烘干机的设计方法的流程图之一。如图1中所示，本技术实施例提供的设计方法，包括：
72.s101、建立层式烘干机的有限元模型。
73.在一种可能的实施方式中，步骤s101包括：
74.s1011、根据所述层式烘干机的结构参数，建立所述层式烘干机的三维物理模型。
75.其中，层式烘干机的结构参数包括层式烘干机的长度、宽度和高度。这里，层式烘干机的长度和宽度可以根据设置层式烘干机的厂房布局确定，在基本满足设计容量和设备功能的情况下为贴合厂房布局设计；根据厂房中吊装设备的吊装容量，设计层式烘干机的单次烘焙体积(单次烘焙体积应为吊装容量的整数倍)；在确定了层式烘干机的长度和宽度的基础上，可根据单次烘焙体积确定出层式烘干机的高度。
76.进一步的，结构参数还可以包括层式烘干机的烘焙层的层数，进风口和出风口位置等。在具体实施时，可以根据层式烘干机的结构参数，建立层式烘干机中烘焙腔的三维物理模型。
77.s1012、对所述三维物理模型进行均匀网格划分，并定义经均匀网格划分得到的所述三维物理模型中每个网格域的网格属性。
78.其中，网格为六面体网格；所述网格属性包括进风口、出风口和第n个烘干层，n为正整数。
79.s1013、对网格属性为进风口或出风口的每个网格域进行网格加密，得到所述层式烘干机的所述有限元模型。
80.在一种可能的实施方式中，建立层式烘干机的有限元模型可基于workbench平台实现。
81.s102、对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度。
82.其中，所述设计参数包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；所述温度分布图用于表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度变化情况；所述烘干均匀度是指在预定时间节点所述层式烘干机预定高度处的横截面内的温度的标准差的倒数。
83.请参阅图2，图2为本技术实施例所提供的一种层式烘干机的设计方法的流程图之二。如图2中所示，本技术实施例中对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度，包括：
84.s1021、根据烘干工艺情况，对所述有限元模型进行工艺参数设置和所述设计参数的边界范围设置。
85.其中，所述工艺参数包括以下各项中的至少一项：所述层式烘干机的初始温度、所述热风入口的热风温度和所述层式烘干机内部的流场模型。
86.该步骤中，可以根据不同生产场景的烘干工艺情况，设置所述层式烘干机的初始温度、所述热风入口的热风温度和所述层式烘干机内部的流场模型。示例性的，流场模型可以是收敛性能及精度较好的standardκ-ε湍流模型；同时，还可以根据不同生产场景的烘干工艺情况，对设计参数的边界范围(即，取值范围)进行设置，具体的，热风入口截面尺寸受烘干机结构尺寸的限制，可基于层式烘干机的结构参数设置热风入口截面尺寸的边界范围；热风流量受烘干机中引风电机选型的限制，可基于引风电机的可选型号设置热风流量的边界范围；烘干物料厚度受烘干容量限制，可基于层式烘干机单次烘焙体积设置每个烘干层中烘干物料厚度的边界范围。
87.s1022、将所述有限元模型中的每个烘干层划分为烘干介质层和烘干物料层。
88.这里，为保证烘干效果，烘干层中不能完全填满烘干物料(即，被烘干的物料，例如葵花籽)，应当留出一定高度的空间用于烘干介质(即，热空气)的流通。示例性的，可以将位于每个烘干层中上方10至15厘米的范围划分为烘干介质层，剩余部分为烘干物料层。
89.s1023、根据所述烘干工艺情况设置所述烘干介质层的材料属性，以及将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层。
90.这里，可以将烘干介质层设置为空气，根据空气的材料属性设置烘干介质层的材料属性。
91.其中，将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层包括确定多孔介质模型层的导热性能和渗流性能；所述导热性能包括以下各项中的至少一项：比热容和导热系数；所述渗流性能包括以下各项中的至少一项：空隙率、惯性阻力系数和渗透性。
92.在具体实施时，步骤s1023包括：
93.步骤1、根据所述烘干物料层中烘干物料、空气和水的体积分数、密度和比热容，以及所述多孔介质模型层的等效密度，确定所述多孔介质模型层的等效比热容。
94.具体的，可以通过以下公式确定所述多孔介质模型层的等效比热容：
[0095][0096]
式中，εs、ε
l
和εg分别表示所述烘干物料层中烘干物料、水和空气的体积分数；ρs、ρ
l
和ρg分别表示所述烘干物料层中烘干物料、水和空气的密度；cs、c
l
和cg分别表示所述烘干物料层中烘干物料、水和空气的比热容；ρm表示所述多孔介质模型层的等效密度；cm表示所述多孔介质模型层的等效比热容。
[0097]
步骤2、将所述烘干物料层的空隙率，确定为所述多孔介质模型层的等效空隙率。
[0098]
其中，空隙率是指颗粒物料层中，颗粒与颗粒间的空隙体积(含开口孔隙)与整个颗粒物料层体积(堆积体积)之比。在具体实施时，可通过以下方式确定所述烘干物料层的空隙率：
[0099]
步骤a、获取预定数量的样本烘干物料。
[0100]
步骤b、根据样本烘干物料的形状将样本烘干物料等效为规则物体，确定每个样本烘干物料的平均实际体积。
[0101]
该步骤中，将样本烘干物料等效为规则物体便于计算烘干物料的实际体积。示例性的，假设烘干物料为葵花籽，可以将葵花籽等效为球体；再根据葵花籽的平均颗粒直径，利用球体体积计算公式确定每个葵花籽的平均实际体积。
[0102]
步骤c、根据样本烘干物料的数量、每个样本烘干物料的平均实际体积以及将所述预定数量的样本烘干物料在预定空间内平铺后所占据的空间体积，确定所述烘干物料层的空隙率。
[0103]
该步骤中，可以根据样本烘干物料的数量和每个样本烘干物料的平均实际体积，确定样本烘干物料的固体体积；再将预定数量的样本烘干物料在预定空间内平铺，根据预定空间的长度、宽度以及预定数量的样本烘干物料在预定空间占据的高度，计算出预定数量的样本烘干物料占据的空间体积。这里，预定空间可以参照层式烘干机中烘干层的尺寸按比例缩小设置；进一步的，可以调整样本烘干物料的数量，以使得预定数量的样本烘干物料在预定空间内平铺后，样本烘干物料的厚度接近层式烘干机在烘干过程中的真实烘干物料厚度。这样，可以更准确地确定出烘干物料层的空隙率。具体的，可以通过以下公式确定所述烘干物料层的空隙率：
[0104][0105]
式中，vr表示样本烘干物料的固体体积；va表示样本烘干物料的空间体积。
[0106]
步骤3、根据所述烘干物料的固体导热系数、水的流体导热系数和所述多孔介质模型层的等效空隙率，确定所述多孔介质模型层的等效导热系数。
[0107]
具体的，可以通过以下公式确定所述多孔介质模型层的等效导热系数：
[0108]keff
＝1.0062ks(kf/ks)
0.9115ε
[0109]
式中，ks表示所述烘干物料的固体导热系数；kf表示水的流体导热系数；ε表示所述
多孔介质模型层的等效空隙率。
[0110]
步骤4、根据所述等效空隙率和所述烘干物料的平均颗粒直径，确定所述多孔介质模型层的等效惯性阻力系数和等效渗透性。
[0111]
具体的，可以通过以下公式确定所述多孔介质模型层的等效惯性阻力系数：
[0112][0113]
式中，c2表示所述多孔介质模型层的等效惯性阻力系数；dd表示所述烘干物料的平均颗粒直径；ε表示所述等效空隙率。
[0114]
具体的，可以通过以下公式确定所述多孔介质模型层的等效渗透性：
[0115][0116]
式中，α表示所述多孔介质模型层的等效渗透性；dd表示所述烘干物料的平均颗粒直径；ε表示所述等效空隙率。
[0117]
s1024、选取所述设计参数的边界范围内的多个设计参数，分别对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度。
[0118]
该步骤中，在分别所述设计参数的边界范围内分别选取的多组设计参数；每组设计参数均包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；不同组设计参数不完全相同。针对每组设计参数，使用该组设计参数对所述有限元模型进行仿真计算以求解出该组设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度。
[0119]
在具体实施时，可以有限元模型对应的网格文件在workbench平台中与数值模拟软件fluent对接，以利用fluent得到层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度的仿真结果。
[0120]
在一种可能的实施方式中，可通过以下方式确定任意一组设计参数下的烘干均匀度：
[0121]
首先，在烘干工艺规定的总烘干时间内选取预定时间节点，并获取该预定时间节点时的目标温度分布图。其中，温度分布图是动态图片，可以表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度在时间和空间上的动态变化情况，而在预定时间节点的目标温度分布图是静态的，可以反映出在该预定时间节点层式烘干机内部的空间上的温度分布情况。
[0122]
其次，以目标温度分布图中预设温度与预设温度以下温度的分界线所在位置作为参考，确定所述层式烘干机预定高度处的横截面。这里，根据层式烘干机热风从位于烘干腔底部的进风口进入，从位于烘干腔顶部的出风口流出，在此过程中对各烘干层由下至上逐层加热的工作原理可知，在烘干过程中的预定时间节点，层式烘干机的某一高度以下已被加热到预设温度或预设温度以上，但层式烘干机的这一高度以上还未被加热到预设温度，即温度处于预设温度以下；此时，目标温度分布图中存在预设温度与预设温度以下温度的分界线。以这一分界线所在位置作为参考，可确定出层式烘干机预定高度处的目标横截面。
[0123]
再次，根据所述层式烘干机预定高度处的横截面在目标温度分布图中对应的温度截面图，确定烘干均匀度。在具体实施时，可在温度截面图中选取多个温度点，获取每个温度点的温度数据；再根据每个温度点的温度数据，计算烘干均匀度。具体的，可通过以下公
式计算烘干均匀度：
[0124][0125]
式中，σ表示烘干均匀度；n表示在温度截面图中选取的温度点的次数；xi表示第i次取样得到的温度点的温度数据；μ表示n次取样得到的n个温度点的温度数据的平均值。
[0126]
s103、对所述温度分布图进行取样，得到多个采样点。
[0127]
该步骤中，可采用面心立方设计(ccd)方法进行采样点的取样，以保证采样点选取的合理性。同时，取样时可以采用ccf设计的enhanced类型来增强拟合精度。
[0128]
s104、将所述多个采样点使用遗传算法求解，拟合出所述烘干均匀度与所述设计参数之间的响应曲面。
[0129]
其中，所述响应曲面包括所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述热风流量之间的第一响应曲面、所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述烘干物料厚度之间的第二响应曲面以及所述烘干均匀度与所述热风流量和所述烘干物料厚度之间的第三响应曲面。
[0130]
在具体实施时，遗传算法根据所述多个采样点生成不同的响应曲面种群，并寻找最优响应曲面进行求解；遗传算法通过多项响应面求解和交叉验证来保证采样点上响应面的准确性和稳定性。
[0131]
s105、基于所述第一响应曲面、所述第二响应曲面和所述第三响应曲面，确定使得所述烘干均匀度满足预定条件的优化设计参数。
[0132]
该步骤中，可基于workbench平台中优化模块提供的筛选法从所述第一响应曲面、第二响应曲面和所述第三响应曲面中进行数据采样，将采样得到的各采样点对应的热风入口截面尺寸、热风流量和烘干物料厚度进行组合，得到多组候选设计参数。其中，筛选法是一种基于hammersley采样的无迭代直接采样方法。
[0133]
进一步的，根据多组候选设计参数分别求解出在每组候选设计参数下所述层式烘干机烘干均匀度。考虑设计参数的边界范围，以提高层式烘干机烘干均匀度为目标，确定出使得烘干均匀度满足预定条件的一组优化设计参数；其中，预定条件可以是将每组候选设计参数对应的烘干均匀度进行排序，选择其中最高的烘干均匀度。
[0134]
s106、对所述优化设计参数进行验证，若所述优化设计参数通过验证，则将所述优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。
[0135]
在一种可能的实施方式中，步骤s106对所述优化设计参数进行验证，包括：
[0136]
s1061、按照预定规则对所述优化设计参数进行圆整。
[0137]
s1062、根据圆整后的所述优化设计参数对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在圆整后的所述优化设计参数下所述层式烘干机的优化烘干均匀度。
[0138]
s1063、确定所述优化烘干均匀度是否满足预定条件。
[0139]
s1064、若所述优化烘干均匀度满足预定条件，则确定所述优化设计参数通过验证。
[0140]
这里，考虑到实际设计精度和烘干工艺要求，按照预定规则对所述优化设计参数进行圆整。例如，热风入口截面尺寸和烘干物料厚度可通过圆整精确到厘米；受引风电机选
型影响，热风流量的取值范围是离散有限的多个值，因此可选择与优化设计参数最接近的流量值进行圆整。
[0141]
进一步的，将圆整后的优化设计参数带入有限元模型进行验证，若验证得到的优化烘干均匀度满足预定条件，例如，优化均匀度超过预定阈值，则确定所述优化设计参数通过验证，并将优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。若验证得到的优化均匀度不满足预定条件，则可根据前述方式重新选取优化设计参数，直至重新得到的优化设计参数通过验证。
[0142]
本技术实施例提供的一种层式烘干机的设计方法，包括：建立层式烘干机的有限元模型；对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度；其中，所述设计参数包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；所述温度分布图用于表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度变化情况；所述烘干均匀度是指在预定时间节点所述层式烘干机预定高度处的横截面内的温度的标准差的倒数；对所述温度分布图进行取样，得到多个采样点；将所述多个采样点使用遗传算法求解，拟合出所述烘干均匀度与所述设计参数之间的响应曲面；其中，所述响应曲面包括所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述热风流量之间的第一响应曲面、所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述烘干物料厚度之间的第二响应曲面以及所述烘干均匀度与所述热风流量和所述烘干物料厚度之间的第三响应曲面；基于所述第一响应曲面、所述第二响应曲面和所述第三响应曲面，确定使得所述烘干均匀度满足预定条件的优化设计参数；对所述优化设计参数进行验证，若所述优化设计参数通过验证，则将所述优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。
[0143]
通过这种方式，将在预定时间节点层式烘干机预定高度处横截面内的温度的标准差的倒数作为烘干均匀度，并以烘干均匀度为设计优化指标，根据烘干均匀度和设计参数之间的响应曲面确定出层式烘干机的实际设计参数；这样，使得根据实际设计参数设计得到的层式烘干机的烘干均匀度更高，能够更均匀地烘干物料，进而提高烘干物料的质量。
[0144]
请参阅图3，图3为本技术实施例所提供的一种层式烘干机的设计装置的结构示意图。如图3中所示，所述设计装置300包括：
[0145]
建立模块310，用于建立层式烘干机的有限元模型；
[0146]
求解模块320，用于对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度；其中，所述设计参数包括所述层式烘干机的热风入口截面尺寸、热风流量以及烘干物料厚度；所述温度分布图用于表征在预定时间段内所述层式烘干机内的温度变化情况；所述烘干均匀度是指在预定时间节点所述层式烘干机预定高度处的横截面内的温度的标准差的倒数；
[0147]
取样模块330，用于对所述温度分布图进行取样，得到多个采样点；
[0148]
拟合模块340，用于将所述多个采样点使用遗传算法求解，拟合出所述烘干均匀度与所述设计参数之间的响应曲面；其中，所述响应曲面包括所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述热风流量之间的第一响应曲面、所述烘干均匀度与所述热风入口截面尺寸和所述烘干物料厚度之间的第二响应曲面以及所述烘干均匀度与所述热风流量和所述烘干物料厚度之间的第三响应曲面；
[0149]
确定模块350，用于基于所述第一响应曲面、所述第二响应曲面和所述第三响应曲
面，确定使得所述烘干均匀度满足预定条件的优化设计参数；
[0150]
验证模块360，用于对所述优化设计参数进行验证，若所述优化设计参数通过验证，则将所述优化设计参数确定为所述层式烘干机的实际设计参数。
[0151]
进一步的，所述建立模块310在用于建立层式烘干机的有限元模型时，所述建立模块310用于：
[0152]
根据所述层式烘干机的结构参数，建立所述层式烘干机的三维物理模型；
[0153]
对所述三维物理模型进行均匀网格划分，并定义经均匀网格划分得到的所述三维物理模型中每个网格域的网格属性；其中，所述网格属性包括进风口、出风口和第n个烘干层，n为正整数；
[0154]
对网格属性为进风口或出风口的每个网格域进行网格加密，得到所述层式烘干机的所述有限元模型。
[0155]
进一步的，所述求解模块320在用于对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度时，所述求解模块320用于：
[0156]
根据烘干工艺情况，对所述有限元模型进行工艺参数设置和所述设计参数的边界范围设置；其中，所述工艺参数包括以下各项中的至少一项：所述层式烘干机的初始温度、所述热风入口的热风温度和所述层式烘干机内部的流场模型；
[0157]
将所述有限元模型中的每个烘干层划分为烘干介质层和烘干物料层；
[0158]
根据所述烘干工艺情况设置所述烘干介质层的材料属性，以及将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层；
[0159]
选取所述设计参数的边界范围内的多个设计参数，分别对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在不同设计参数下所述层式烘干机的温度分布图以及烘干均匀度。
[0160]
进一步的，所述求解模块320在用于将所述烘干物料层等效为多孔介质模型层时，所述求解模块320用于：
[0161]
根据所述烘干物料层中烘干物料、空气和水的体积分数、密度和比热容，以及所述多孔介质模型层的等效密度，确定所述多孔介质模型层的等效比热容；
[0162]
将所述烘干物料层的空隙率，确定为所述多孔介质模型层的等效空隙率；
[0163]
根据所述烘干物料的固体导热系数、水的流体导热系数和所述多孔介质模型层的等效空隙率，确定所述多孔介质模型层的等效导热系数；
[0164]
根据所述等效空隙率和所述烘干物料的平均颗粒直径，确定所述多孔介质模型层的等效惯性阻力系数和等效渗透性。
[0165]
进一步的，所述验证模块360在用于对所述优化设计参数进行验证时，所述验证模块360用于：
[0166]
按照预定规则对所述优化设计参数进行圆整；
[0167]
根据圆整后的所述优化设计参数对所述有限元模型进行仿真计算，求解出在圆整后的所述优化设计参数下所述层式烘干机的优化烘干均匀度；
[0168]
确定所述优化烘干均匀度是否满足预定条件；
[0169]
若所述优化烘干均匀度满足预定条件，则确定所述优化设计参数通过验证。
[0170]
请参阅图4，图4为本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图4中所示，所述电子设备400包括处理器410、存储器420和总线430。
[0171]
所述存储器420存储有所述处理器410可执行的机器可读指令，当电子设备400运行时，所述处理器410与所述存储器420之间通过总线430通信，所述机器可读指令被所述处理器410执行时，可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的一种层式烘干机的设计方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0172]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的一种层式烘干机的设计方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0173]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0174]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0175]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0176]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0177]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0178]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。