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高端装备制造产业

需求背景

重庆市永川区年丰米业有限公司是以有机农业产品生产为源头，集粮食有机种植、仓储、加工、销售于一体的有机循环粮食产业化企业和科技型企业，粮食年加工达40余万吨，为永川区重点粮食加工企业。企业高度重视与科研院所如中国空气动力研究与发展中心、西南大学、西南科技大学等的合作，共同组建科研团队开展科技攻关，取得了显著的成绩，如与西南科技大学联合研制开发出微波辅助超音速气流粉碎设备，粮食超微粉碎效率得到极大幅度地提升，取得了良好的经济和社会效益。另外科研团队还进一步把超微粉碎技术创造性地拓展到化学工程领域，实现了超微粉碎技术应用的新突破。最近，公司与重庆文理学院开展产学研深度合作，依托重庆文理学院相关重庆市重点实验室、机械加工中心、超细化加工示范线等研发平台；扫描电镜、红外光谱仪、激光粒度仪等先进检测仪器开展有机大米低温超微粉碎加工预研工作，以期进一步提升有机大米品质。

需解决的主要技术难题

1）超微粉碎关键部件研发

超音速气流粉碎设备中喷管直接决定气流流速、旋转气流和物料粉碎效率，因此设计开发新型喷管是实现有机大米高效超微粉碎的关键，也是本项目要解决的首要技术难题。本项目创新性地提出环状超声速喷管气动布局（如图1）并进行环状喷管的研制，构建基于馈料管、环状收缩扩张喷管、加速段、碰撞段等的超微粉碎腔。同时为保障环状喷管这一关键部件研发的可靠性需要开展理论计算，以环状收缩扩张喷管流动为变截面等熵流，在明确来流总压、来流总温、喷管工作马赫数以及环境参数条件下，对喷管中的流动情况进行估算，获取相关的气动参数。

2）循环粉碎关键技术研发

循环粉碎是保障颗粒大小均匀、超微化、低成本加工的有效手段，但超细化过程中的高速气流、引风系统等介入将导致循环粉碎很难实现。项目组拟从粉碎腔出发，通过巧妙性地在粉碎腔两侧增加进气端口，再通过压力调节，控制引风量，实现主进气口与副进气口之间的平衡以实现循环粉碎。

3）超微粉碎关键工艺研发

粗粉颗粒大小、工质压力（气流速度）、引射压力（进料速度）、循环粉碎时间、分级频率等因素都会显著影响超微粉碎大米颗粒尺寸，并最终影响有机大米营养成分的溶出度。采用正交实验系统考察工质压力、引射压力、粉碎时间、分级频率等因素对有机大米颗粒尺寸的影响，并借助扫描电镜和激光粒度仪对颗粒大小和分布情况进行监测，进而优化粉碎工艺。同时对超微粉碎后的有机大米营养成分溶出度进行测试，以获取营养成分最大溶出度下的最佳粉碎工艺。

期望实现的主要技术目标

项目组基于对超微粉碎技术认识和前期大量的研究工作，针对有机大米的超微化粉碎，在传统超音速气动布局基础上创造性地提出进一步提高粉碎效率的环状超声速喷管气动布局，同时结合理论计算，明确粉碎腔中的基本流场气流速度，保证高压气流带动有机大米在粉碎腔中作回转运动并形成旋转气流，通过相互撞击、剪切、摩擦等作用实现有机大米的高效粉碎。另外高压空气经喷嘴后绝热膨胀会使得粉碎腔温度极低，使得有机大米的粉碎是在低温瞬间完成，最大程度保留了有机大米的营养成分，减低了有效成分的损失率；以及整个粉碎过程为纯物理行为，既没有其它物质掺入，又没有高温下的化学反应，充分保留了有机大米的天然性质。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-24

丁永锋

重庆理工大学

教授

综合评价

该项目需求足够清晰

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处理进度