Математическое моделирование тепло- и массообмена в процессах вакуум-сублимационной сушки

• Автор: Черных, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ проблемы математического моделирования процессов вакуумсублимационной сушки

1.1. Общее состояние теории и практики моделирования процессов сублимационной сушки

1.2. Анализ существующих моделей тепло и массообмена в процессах сушки .

1.3. Обзор методов решения краевых задач тепло и массопереноса

1.4. Постановка цели и задач исследования

Глава 2. Синтез обобщенной модели тепло и массообмена в объекте

сублимационного обезвоживания

2.1. Составление общей системы уравнений тепло и массообмена в процессах сушки.

2.2. Моделирование внутреннего парообразования

2.3. Моделирование процессов замерзания и разморозки объекта сушки
2.4. Моделирование нагрева объекта сушки .
Глава 3. Разработка и исследование разностных схем для расчета
потенциалов тепломассообмена в процессах сушки
3.1. Анализ методов исследования обобщенной модели тепло и массообмена в процессах сушки.
3.2. Переход к разностной задаче .
3.3. Решение сеточных уравнений.
3.4. Теоретическое исследование разностных схем
3.5. Экспериментальное исследование разностных схем
Глава 4. Практическое моделирование процессов вакуумсублима
ционной сушки.
4.1. Моделирование процесса вакуумсублимационной сушки материала на инертных носителях при нагреве инфракрасным излучением
4.2. Моделирование процесса вакуумсублимационной сушки высокопористого материала в сверхвысокочастотном поле.
4.3. Проверка адекватности разработанных средств математического моделирования
4.4. Программная реализация обобщенной и прикладных моделей процессов сушки.
Основные выводы и результаты работы .
Литература


В настоящее время этот метод сушки широко применяется в медицине, биологии, химии, пищевой промышленности и других производственных отраслях. Зародившись в первой половине XX века, технология сублимационного обезвоживания постоянно развивается в направлении совершенствования и удешевления процесса [, ], для чего проводятся разносторонние теоретические и экспериментальные исследования. Спецификой данных процессов являются особый характер образования и переноса пара, фазовые превращения при замораживании и размораживании материала, особенности различных способов подвода теплоты (кондук-тивный, радиационный, диэлектрический) и другое. Важным инструментом исследования процессов вакуум-сублимацион-ной сушки является математическое моделирование. Математические модели и разрабатываемое на основе них программное обеспечение оказывают существенную помощь в исследовании тепломассообменных и прочих процессов, протекающих в сушильных установках; разработке новых, более перспективных принципов сушки; проектировании новых установок и выработке эффективных режимов их эксплуатации; разработке и уточнении оптимальных режимов сублимационной сушки различных материалов; разработке надежных средств контроля и автоматического программного регулирования процесса сублимационной сушки и т. Принципиальная возможность математического моделирования процессов сублимационного обезвоживания появилась благодаря широкой исследовательской работе, проводившейся отечественными и зарубежными учеными на протяжении нескольких десятилетий. В результате выполненных исследований были получены некоторые данные о механизме внутреннего и внешнего тепло- и массообмена при сублимационной сушке, специфике различных способов энергоподвода, особенностях и характере конденсации водяных паров в условиях вакуума, предложены способы математического описания этих процессов и некоторые методы их приближенного расчета. Эти результаты послужили базисом для развития общих модельных представлений в теории сублимационной сушки. Большой вклад в становление методики моделирования процессов сублимационного обезвоживания был внесен рядом отечественных ученых -A. B. Лыковым, A. C. Гинзбургом, A. A. Гухманом, Э. И. Гуйго, Э. А.П. Лебедевым, Б. П. Камовниковым, А. З. Волынец, В. Г. Поповским и др. Е.В. Флосдорфом, А. Я. Эддом, Р. Харрисом, Г. И. Сандерлендом и др. Со временем математическое моделирование стало весьма эффективным средством анализа процессов сублимационного обезвоживания, и его применение постоянно расширяется. В настоящее время математическое моделирование с успехом используется при проектировании, создании, внедрении и эксплуатации систем вакуум-сублимационного обезвоживания, а также на различных уровнях их изучения - начиная от анализа работы элементов и кончая исследованием систем в целом. Однако, несмотря на достигнутые успехи, в теории и практике моделирования процессов ВСС имеется еще много нерешенных вопросов и затруднений. Во-первых, происходящие в сублимационной установке процессы тепло-и массопереноса характеризуются большой сложностью, их механизм изучен еще недостаточно. Во-вторых, применяемый в настоящее время математический аппарат для составления математического описания не позволяет во многих случаях с достаточной полнотой отразить свойства изучаемой сложной системы. Принимаемые допущения нередко ощутимо искажают сущность процесса, что значительно снижает точность моделей. В-третьих, возникают существенные трудности при выработке конкретных методик и рекомендаций по моделированию в силу многообразия технологических процессов и особой специфики каждого из них. Следует отметить, что до настоящего времени не выработана какая-либо общая методика математического моделирования процессов тепло- и массо-обмена при ВСС, которая бы в полной мере учитывала специфические особенности данных процессов. Как правило, разрабатываются модели частных технологических процессов с целью решения узких прикладных задач [, , , , , , , 6]. Такие модели затруднительно либо невозможно использовать для решения широкого круга задач, сложно обобщить для описания других процессов сушки.