Моделирование процессов гигро- и гидротермической обработки капиллярнопористых коллоидных материалов : Разработка методов оптимизации и интенсификации

• Автор: Семенихин, Олег Александрович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Обозначения
Глава 1. Внешний конвективный влаго- и теплообмен капиллярнопористого
коллоидного тела с газопаровой средой
1.1. Состояние вопроса
1.2. Выражения для внешних потоков влаги и теплоты
1.3. Уравнение межфазного равновесия в газопаровой среде (влажном воздухе)
1.4. Физические свойства газопаровой среды (влажного воздуха)
1.5. Постоянная скорость поверхностного испарения и температура "мокрого" термометра
1.6. Примеры расчета в сопоставлении с экспериментальными данными
1.7. Выводы
Глава 2. Влаго- и теплоперенос внутри капиллярнопористого коллоидного
тела
2.1. Состояние вопроса
2.2. Выражения для внутренних потоков влаги и теплоты
2.3. Определение коэффициентов внутреннего влаго- и теплообмена на основе теории "регулярного режима"
2.4. Уравнения текущих балансов массы влаги и теплоты
2.5. Уравнения для текущего паросодержания и внутреннего давления
2.6. Выводы
Глава 3. Кинетика сушки перегретым паром и оптимизация процесса
3.1. Состояние вопроса
3.2. Постановка задачи и балансовые уравнения модели

3.3. Период поверхностного испарения (конденсации)
3.4. Период внутреннего испарения
3.5. Кинетика процесса сушки при постоянных параметрах подводимого пара
3.6. Пример расчета и сопоставление результатов с известными экспериментальными данными
3.7. Оптимальное управление процессом сушки термочувствительных материалов
3.8. Непрерывный процесс сушки
3.9. Выводы
Глава 4. Кинетика гидротермической обработки и интенсификация
процесса
4.1. Состояние вопроса
4.2. Выражения для внешних и внутренних потоков и балансовые уравнения
4.3. Кинетика процесса при постоянной температуре среды
4.4. Экспериментальное исследование гидроскопических свойств и внутридиффузионного переноса влаги в капиллярнопористых коллоидных телах
4.5. Анализ влияния различных факторов на кинетику процесса
4.6. Интенсификация теплообмена при гидротермической обработке материалов способом орошения
4.7. Выводы
Заключение
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Многие из окружающих нас предметов являются капиллярнопористыми коллоидными телами: почва, строительные материалы (кирпич, штукатурка, древесина), одежда и обувь, почти все продукты питания человека и животных, большинство продуктов химической промышленности и смежных с ней отраслей. Находясь в естественных и искусственно созданных условиях в контакте с газопарожидкостной средой, в частности - паром, водой или влажным воздухом, такие тела обмениваются с ней влагой и теплотой. Эти процессы, называемые гигро- и гидротермическими, часто сопровождаются различными структурными, физикохимическими и биохимическими превращениями, существенно изменяющими свойства указанных тел. К числу наиболее значимых природных явлений такого рода относятся, например, процессы увлажнения и охлаждения или высыхания и прогрева грунтов при изменении метеорологических условий. К важнейшим технологическим операциям, которые применяются во многих технологических производствах и в быту и обобщенно называются гигро- и гидротермической обработкой материалов, относятся сушка, увлажнение, обжарка, варка и т. д. К ним следует добавить адсорбционное поглощение, де-сорбционное или экстракционное извлечение и подобные им процессы, в которых вместе с влагой в массообмене участвуют другие компоненты. Процессы "пористого" охлаждения, применяемого в ракетно-космической технике, по существу также являются гигро- и гидротермическими.
Несмотря на широкую распространенность в природе, технике и технологии и очевидную значимость указанных процессов для жизни и хозяйственной деятельности людей, их систематизированной теории до сих пор не создано. Известны более или менее совершенные теории отдельных технологических операций, из них теория сушки разработана в большей степени [1 - 5]. Однако и

В [24] приведены опытные данные Всесоюзного научно-исследовательского института мясной промышленности (ВНИИМП), согласно которым при обжарке "мокрый" термометр показывал температуру 51° С и средняя за период обжарки скорость испарения влаги составила 1.13 кг/(м2-ч); при варке показание "мокрого" термометра было равно 82° С, а средняя скорость испарения (или конденсации влаги), измеренная по изменению массы колбасных батонов, оказалась очень малой, по сравнению со скоростью испарения при обжарке.
Расхождения между расчетными значениями Гм и показаниями "мокрого" термометра (50.6 и 51° С при обжарке и 81.4 и 82° С при варке) можно объяснить не только погрешностями расчета или измерения, но и отличием локальной аэродинамической обстановки при обтекании батона и термометра, вследствие различия их размеров и геометрической формы. Однако, как видим, эти расхождения практически ничтожны. В отношении сравнения расчетной величины ум =1.21 кг/(м2-ч) с экспериментальным значением средней скорости испарения влаги при обжарке, равной 1.13 кг/(м2 ч), следует сказать, что лучшего их совпадения нельзя ожидать, поскольку условия (1.40) в ходе экспериментов явно не выдерживались [24].
Интересен также факт, что рассчитанное в [25] по эмпирическим формулам значение коэффициента теплоотдачи при условиях, соответствующих обжарке, равное 16.45 Вт/(м2 К), близко совпадает с нашими расчетными данными: а = 16.6 и а* =16.3 Вт/(м2-К).