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含湿多孔介质干燥过程传热传质的数值模拟

王璐瑶  
【摘要】:含湿多孔介质干燥是一个复杂的热、质传递耦合过程,虽然很多学者对其进行了一定的实验和理论研究,但至今还没有相对系统的传热传质机理方面的研究。因此,建立和求解多孔介质传热传质的严格数学模型对于准确预测和分析多孔介质的干燥过程是有必要的。 在多孔介质基本传递机理基础上,分别列出了液相、气相和固相的质流方程和热流方程。基于经典的传递过程理论,结合Whitaker体积平均理论,推导出了含湿多孔介质干燥过程的控制方程。以流态化氛围下的多孔介质与环境的热、质耦合传递作为外边界条件,建立了完整的闭合控制方程组。并对通用控制方程进行了一维球坐标和二维柱坐标数值求解,方程离散采用全隐格式的有限体积方法,选用苹果作为多孔物料。 基于质流和热流方程,数值考察了温度和饱和度对有效传递参数的影响。在典型操作条件下,分别对一维球坐标模型和二维柱坐标模型数值求解,得到多孔介质内饱和度、温度和压力的分布侧形,分别讨论物料内部的热、质传递机理和干燥的速率控制因素。在对比条件下,考察了气体入口温度,气速和床面积因子对干燥过程的影响。结果表明:干燥过程受气、固相间的耦合传热传质的影响十分明显,干燥时间随气体入口温度和气速的提高而减少;随床面积因子的增大而增加。


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