Исследование конвективно-диффузионных режимов массопереноса при тепловом воздействии на влажные пористые среды

• Автор: Игошин, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВОПРОСОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ СУШКЕ ПОРИСТЫХ СРЕД 1Л. Теоретические работы
1.2. Экспериментальные работы
1.3 Сушильные установки
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ
2.1. Уравнения, описывающие тепломассоперенос при сушке пористого слоя

2.2 Постановка автомодельной задачи о сушке пористой среды, насыщенной жидкостью
2.3 Тепломассоперенос в диффузионном приближении
2.4 Автомодельная постановка задачи в диффузионном приближении
2.5. Анализ решений
2.6. Динамика процессов тепломассопереноса при сушке пористой среды конечных размеров
2.7 Анализ решений
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ЛЕНТОЧНОЙ СУШИЛКЕ
3.1 .Устройство и принцип действия ленточных сушилок
3.2 Основные допущения
3.3 Уравнения масс
3.4 Уравнения энергии
3.5 Межфазный тепломассообмен
3.6 Преобразование системы уравнений к виду, удобному для численного интегрирования
3.7. Результаты численных расчетов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Процессы переноса во влажных пористых средах при тепловом воздействии актуальны с точки зрения сушки, которая широко распространена во многих отраслях народного хозяйства: химико-лесной комплекс, сельское хозяйство, пищевая, строительных материалов, кожевенная, легкая и другие. При этом жидкость предварительно удаляют более дешевыми механическими способами, окончательно — тепловыми. Сушка влажных материалов отличается высокой энергоемкостью, что связано как со значительными объемами испаряемой влаги, так и с большой удельной теплотой ее испарения.
Применяемые в промышленности виды сушилок сильно различаются по технологическим признакам: давлению (атмосферные и вакуумные),
периодичности процесса, способу подвода тепла (конвективные, контактные, радиационные, с нагревом токами высокой частоты), роду сушильного агента (воздушные, газовые, сушилки на перегретом паре), направлениям движения материала и сушильного агента (прямоточные и противоточные) и т.д. В связи с этим остро встает вопрос об эффективности тех или иных режимов сушки. Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию процессов сушки (Лыков [62, 65], Сажин [86-92], Акулич [2-9]), необходимо систематическое параметрическое исследование диффузионного и диффузионно-конвективного режимов удаления влаги из материала.
Для разработки научных основ технологий, позволяющих оптимально использовать процессы сушки в пористых средах, необходимо построение адекватных математических моделей, расширяющих теоретические представления о теплофизических и гидродинамических особенностях данных процессов, что определило цель настоящей работы:
- анализ влияния- условий сушки и параметров пористой среды на динамику диффузионно-конвективных процессов тепломассопереноса;

- теоретическое изучение процессов, происходящих при сушке пористых материалов, насыщенных водой, и моделирование сушки в технологическом реакторе (ленточная сушилка).
Научная новизна. Наиболее важные результаты следующие:
• решены автомодельные задачи о сушке пористой среды в диффузионном приближении и с учетом конвективного переноса, задача о сушке пористой среды конечного размера, и построены решения, описывающие распределения основных термодинамических параметров в среде;
• показано, что в зависимости от исходных параметров пористой среды, насыщенной водой, на границе раздела сухой и влажной зон может возникать максимум влагосодержания либо минимум температуры;
• установлено, что диффузионный механизм переноса доминирует над конвективным при мягких режимах сушки.
• предложена математическая модель процесса сушки пористого ленточного материала в секционной сушилке.
• установлены основные закономерности процесса сушки влажного пористого материала в зависимости от исходного влагосодержания, скорости ленты, соотношения тепловых мощностей калориферов по секциям сушилки и объемного расхода вытяжных вентиляторов;
Достоверность результатов диссертации основана на использовании фундаментальных уравнений механики многофазных систем, обусловлена корректной постановкой задач, а также получением решений, не противоречащих общим термодинамическим представлениям и согласующихся в случае задачи о ленточной сушилке с производственными данными для основного режима функционирования.
Практическая ценность. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при разработке научных основ технологии оптимизации работы ленточных сушилок и конвективной сушки пористых материалов.

с/:д = 2к (У-£)рл ф2 О д

*'Т.А

тр&с,

м±+Ь
V Рч Р у ч
Фу | Ру ат
Ф т ав,

(0<<}) (2.2.3)
с/У К-£

чЯ у
Фу + РР а ЛТ
Ф ят2
Аналогично для системы (2.2.2) имеем

Г)отГ
Ка *рсг
т* Л

с/5,

ф 2кТ

-4 — + 2 Т
(у-4)

V /А
с/2Г

(1-5, К

с/У _ У-£ с1Е,~ Т

Ф Г. -И-<Г
рф Рш Т

/ ПГ

(1-5,К

(2.2.4)
с/Г /фр,Г с/5, сф рс ф
с/Г + Р[ Ф
(ф) < # < °°)
ф 1-5, д ф
Из системы (2.2.4) видно, что поле температур и скоростей находится на фоне решений для влагосодержания.
На границе сухой и влажной зон (д = с(д) имеем

2мчоЛг((1-5,и>й-Уй)+(л
/У(1 - 5,<>ы - V,;, Д,5,(,)#(,>.
2*рЛ ~ 5,«К)" уЬ))- (1 - 5,(.))-ф
Г, с/ГЛ Л

= 2ткрх18иу

(2.2.5)
: 2а'р,5(л)Ф)-
Граничные условия в автомодельной постановке примут вид ру = Де, Т = Те (£ = о)
5=5Ш, Г = Г0, И = 0 (->оо)
(2.2.6)
После некоторых преобразований из системы (2.2.5) на границе сухой и влажной зон получим выражения, связывающие значения объемного