Numerische Berechnung von Partikel- und Luftströmung in einem Dächerschachttrockner

Dächerschachttrockner werden weltweit in der Landwirtschaft zur Trocknung verschiedenster Getreidearten sowie Mais und Reis eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Trocknungsverfahren weist das Trocknen in Dächerschachttrocknern noch ein deutliches Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz auf. Der vergleichsweise hohe Primärenergieverbrauch wird überwiegend durch ungleichmäßige Trocknung hervorgerufen, die sich weniger auf Ursachen wie eine mangelhafte Trocknerregelung als auf ein ungünstiges Trocknerdesign und unzureichende Isolierung zurückführen lässt. Zur Optimierung der verarbeitenden Prozesse in agrartechnischen Anlagen werden immer häufiger numerische Methoden angewendet. Ein hohes Potenzial zur Effizienzsteigerung von Dächerschachttrocknern bietet die Optimierung der Trocknergeometrie. Im Folgenden werden die Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD) und der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) verwendet, um den aktuellen Stand der Technik numerisch zu untersuchen.Mixed flow dryers (MFD) are widely used in agriculture for the drying of various crops including maize and rice. As compared to other drying methods in the industrial drying, mixed flow dryers still have considerable potential for improving energy efficiency. The comparatively high primary energy consumption is mainly caused by uneven drying, which, in turn, is caused less by poor dryer control rather than by unfavorable dryer design. In order to optimize the processes in agricultural engineering, such as the mixed flow dryer, numerical methods are being increasingly used. Optimization of the dryer geometry provides a high potential to further increase the efficiency of MFD. In the following, the methods of Computational Fluid Dynamics (CFD) and the Discrete Element Method (DEM) are used to investigate the state of the art

Untersuchung der Trocknungsluftströmung an einer neu entwickelten Geometrie für Dächerschachttrockner

Der Dächerschachttrockner wurde in den letzten Jahren hinsichtlich der Trocknungseffizienz, Regelungstechnik und Leistungssteigerung vielfach analysiert. Dennoch besteht erheblicher Optimierungsbedarf bezüglich Energieeffizienz und Gleichmäßigkeit der Trocknung. Zur Analyse des spezifischen Energieverbrauchs und der Homogenität des Trocknungsprozesses wurden thermodynamische Prozesszustände anhand der konventionellen Trocknergeometrie numerisch und experimentell analysiert. Aus den gewonnenen Ergebnissen wurde eine neue Trocknergeometrie entwickelt, mit der eine deutliche Effizienzsteigerung erreicht werden soll. Wie die strömungsmechanische Analyse des ersten Designentwurfs ergab, ist weiterer Entwicklungsbedarf bis zur Praxisüberführung erforderlich. Während im Kernflussbereich in der Trocknermitte gleichmäßige Strömungsbedingungen nachgewiesen werden konnten, ist die Konstruktion in den wandnahen Bereichen zu optimieren.The mixed-flow dryer has been a matter of investigation many times regarding drying efficiency, dryer control, and performance enhancement over the past years. However, there is still considerable demand for optimization in terms of energy efficiency and homogeneity of drying. In order to analyze the specific energy consumption and the homogeneity of the drying process, different thermodynamic process conditions have been investigated for the conventional MFD design using numerical and experimental methods. Based on the results obtained, a novel dryer design has been developed. With this, a considerable increase of efficiency is expected. As the fluid dynamic analysis of the first design draft revealed, further development is required until scaling-up and transfer into practice will be possible. While homogeneous airflow conditions could be demonstrated in the core flow region in the center of the dryer, the configuration must be optimized in the near wall regions

Investigation of the drying airflow at a newly developed dryer geometry for mixed flow grain dryers

The mixed-flow dryer has been a matter of investigation many times regarding drying efficiency, dryer control, and performance enhancement over the past years. However, there is still considerable demand for optimization in terms of energy efficiency and homogeneity of drying. In order to analyze the specific energy consumption and the homogeneity of the drying process, different thermodynamic process conditions have been investigated for the conventional MFD design using numerical and experimental methods. Based on the results obtained, a novel dryer design has been developed. With this, a considerable increase of efficiency is expected. As the fluid dynamic analysis of the first design draft revealed, further development is required until scaling-up and transfer into practice will be possible. While homogeneous airflow conditions could be demonstrated in the core flow region in the center of the dryer, the configuration must be optimized in the near wall regions

Experimente zum Partikelfluss an einer neu entwickelten Geometrie für Dächerschachttrockner

Um große Mengen an Körnerfrüchten über einen längeren Zeitraum lagerfähig zu machen, werden weltweit zunehmend Dächerschachttrockner (DST) eingesetzt. Trocknereinbauten, die ungünstig konstruiert oder angeordnet sind, können eine breite Verweilzeitverteilung des zu trocknenden Gutes verursachen. Dadurch kommt es lokal zu unterschiedlichen Trocknungsbedingungen, die zu einer inhomogenen Trocknung und damit zu einem erhöhten spezifischen Energieverbrauch, zu wirtschaftlichen Verlusten und zu Qualitätseinbußen führen. Mit dem Ziel der Sicherung der Produktqualität und der Steigerung der Energieeffizienz wurde daher eine neuartige Apparategeometrie entwickelt. Um das traditionelle Design mit der neu entwickelten Geometrie hinsichtlich der Partikeldurchströmung vergleichen zu können, wurden Durchflussversuche am Modellgut Weizen mit eingefärbten Körnern als Tracerpartikel im Technikumsmaßstab durchgeführt.To preserve large mass flows of grain for long term storage, mixed-flow dryers (MFD) are increasingly used worldwide. Design elements which are unfavorably constructed or arranged can cause broad residence time distributions. Hence, locally different drying conditions occur followed by inhomogeneous drying. As a result, the specific energy consumption increases accompanied by economic and quality losses. With the objective of saving product quality and increasing energy efficiency a new dryer geometry was developed. To compare and evaluate the new design with the traditional geometry regarding solids transport, a series of semi-technical particle flow experiments were performed using wheat as bed material and colored tracer particles

Experimente zum Partikelfluss an einer neu entwickelten Geometrie für Dächerschachttrockner

To preserve large mass flows of grain for long term storage, mixed-flow dryers (MFD) are increasingly used worldwide. Design elements which are unfavorably constructed or arranged can cause broad residence time distributions. Hence, locally different drying conditions occur followed by inhomogeneous drying. As a result, the specific energy consumption increases accompanied by economic and quality losses. With the objective of saving product quality and increasing energy efficiency a new dryer geometry was developed. To compare and evaluate the new design with the traditional geometry regarding solids transport, a series of semi-technical particle flow experiments were performed using wheat as bed material and colored tracer particles

Process optimization of mixed flow dryers for drying agricultural crops

Dächerschachttrockner kommen meist dann zum Einsatz, wenn große Mengen an Getreide, Mais und Sojabohnen haltbar gemacht werden müssen. Obwohl der Prozess der konvektiven Trocknung bereits umfangreich untersucht wurde und Stand der Technik bei der thermischen Getreidekonservierung ist, bestehen noch immer Wissenslücken in der Beschreibung des Gesamtprozesses und vor allem ein großes Optimierungspotenzial in der konstruktiven Gestaltung der zur Trocknung verwendeten Apparate. Durch verfahrenstechnische Analyse und Entwicklung des Trocknungsapparates können erhebliche Fortschritte in der Prozess- und Produktqualität bei der Getreidetrocknung erzielt werden. Dazu ist es notwendig, das Wissen über den Dächerschachttrockner durch Untersuchung der Teilprozesse der Partikelbewegung, Luftströmung sowie der Wärme- und Stoffübertragung zu erweitern. Basierend auf experimentellen und numerischen Untersuchungen dieser Prozesse mittels diskreter Partikelmodellierung und numerischer Strömungssimulation wurden verschiedene, innovative Trocknerkonfigurationen entwickelt. Diese führen zu einer Homogenisierung der Trocknungsbedingungen, zu einer besseren Ausnutzung des Trocknungspotenzials der Luft und damit zu höheren Trocknungseffizienz

Measuring Device for Air Speed in Macroporous Media and Its Application Inside Apple Storage Bins

In cold storage facilities of fruit and vegetables, airflow is necessary for heat removal. The design of storage facilities influences the air speed in the surrounding of the product. Therefore, knowledge about airflow next to the product is important to plan the layout of cold stores adapted to the requirements of the products. A new sensing device (ASL, Air speed logger) is developed for omnidirectional measurement of air speed between fruit or vegetables inside storage bins or in bulk. It consists of four interconnected plastic spheres with 80 mm diameter each, adapted to the size of apple fruit. In the free space between the spheres, silicon diodes are fixed for the airflow measurement based on a calorimetric principle. Battery and data logger are mounted inside the spheres. The device is calibrated in a wind tunnel in a measuring range of 0–1.3 m/s. Air speed measurements in fruit bulks on laboratory scale and in an industrial fruit store show air speeds in gaps between fruit with high stability at different airflow levels. Several devices can be placed between stored products for determination of the air speed distribution inside bulks or bin stacks in a storage room