烟草密集烤房内流场协同强化传热传质机制研究及结构优化

本文基于场协同理论（Field Synergy Theory），采用计算流体力学（CFD）和有限体积法（FVM）模拟烟草密集烤房内温度场与速度场的协同效应，通过优化导流板结构将速度场均匀系数提升至0.92、协同角降低25.6%，为解决烤烟干燥不均问题提供创新方案。研究验证了多孔介质模型在农业干燥领域的适用性（误差仅3.2%），为农产品加工传热优化提供新范式。

　　

Highlight

烟草密集烤房的热流场均匀性直接影响烟叶干燥品质，这既体现在速度场的分布均匀性上，也反映在温度场与速度场的协同程度中。本研究通过场协同角定量评估两场耦合效应，发现原始模型中烟叶区速度均匀系数仅0.52，平均协同角>80°，且热空气在加热室损失了70.3%的动量——这些正是导致干燥不均的关键瓶颈。

Principle and structure of intensive tobacco roasting room

为探究烤房流场结构对干燥的影响，我们搭建了14天的烟叶干燥实验系统。如图1所示，该系统通过燃烧罐加热新鲜空气形成热风，但原始结构在加热室产生显著涡流，引发动量损失连锁反应。

Governing equations

针对烟叶干燥三阶段（变黄期/定色期/干筋期）的特性，采用稳态假设建立控制方程。特别地，变黄期烟叶阻力最大，温湿度分布最不均匀，因此作为重点分析阶段。

Heat flow field analysis of the original model

计算表明：加热室结构缺陷导致热风动能大量耗散，烟叶层多孔介质（孔隙率0.52）进一步加剧流场紊乱。这种"双场失协"现象使热交换效率降低，印证了场协同理论在农业干燥场景的适用性。

Conclusion

通过导流板结构优化，我们实现了速度场均匀系数0.92、协同角降低25.6%的突破。该研究不仅验证了CFD模型在工程实践中的可靠性（误差3.2%），更开创性地将场协同理论应用于农产品加工装备优化，为干燥工业提供了"流场设计-传热强化"协同优化的新思路。