Математическое моделирование процессов тепло- и массопереноса при воздействии интенсивного СВЧ излучения на влагосодержащие объекты слоистой структуры

• Автор: Афанасьев, Анатолий Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 176 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ПЕРЕНОС ТЕПЛА, МАССЫ И ДИССИПАЦИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В НАСЫЩЕННЫХ ВЛАГОЙ

КАПИЛЛЯРНОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО И МАССОПЕРЕНОСА В ПЛОСКОМ ВЛАГОСОДЕРЖАЩЕМ СЛОЕ ПРИ ЗАДАННОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА И КРАЕВЫХ УСЛОВИЯХ

ТРЕТЬЕГО РОДА

2Л. Уравнения распространения тепла и влаги

2.2. Тепло и массообмен через пограничный слой

2.3. Краевые условия.

2.4. Установившийся режим тепломассообмена и начальные усло

2.5. Формулировка начальнокраевой задачи и ее безразмерный вид

2.6. Интегральные соотношения для потоков тепла и влаги.
2.7. Численная схема решения начальнокраевой задачи.
2.8. Тестирование вычислительной программы.
2.9. Результаты численного исследования процессов тепло и массопереноса при заданной плотности источников тепла.
2 Температурное поле в пластине при отсутствии явлений массопереноса
Оглавление З
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ НЕОДНОРОДНЫМ СЛОЕМ ПРИ ЗАДАННОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПО ЕГО ГЛУБИНЕ
3.1. Плоский неоднородный слой
3.1.1. Характеристическая матрица плоского слоя.
3.1.2. Приближенное построение характеристической матрицы.
3.1.3. Отражательная и пропускагельная способности плоского неоднородного слоя.
3.1.4. Расчет плотности мощности тепловых потерь
3.1.5. Уравнение энергетического баланса для электромагнитного поля
3.2. Цилиндрический неоднородный слой
3.2.1. Цилиндрические волны в непоглощаюшей части пространства.
3.2.2. Характеристическая матрица цилиндрического
3.2.3. Отражательная и пропускательная способности цилиндрического неоднородного слоя.
3.2.4. Плотность мощности тепловых потерь и уравнение энергетического баланса.
3.2.5. Асимптотический вид электромагнитных характеристик цилиндрического неоднородного слоя.
3.2.6. Выбор метода расчета электромагнитных характеристик цилиндрического слоя В зависимости от параметров задачи.
Оглавление
ГЛАВА 4. СОВМЕСТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИНТЕНСИВНОГО СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТЫ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ.
4.1. Электромагнитное нагревание плоского неоднородного слоя
при отсутствии явлений массопереноса
4.2. Электромагнитное нагревание цилиндрического неоднородного слоя при отсутствии явлений массопереноса.
4.3. Тепло и массоперенос при электромагнитной сушке плоского влагосодержащего слоя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Вычислительная программа для расчета полей температуры и влагосодержания в плоском слое при заданной
плотности внутренних источников тепла.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Вычислительная программа для расчета полей температуры и плотности внутренних источников тепла в плоском слое при заданной интенсивности падающей электромагнитной волны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В приложении помещены две типовые вычислительные программы одна для расчета полей температуры и влагосодержания в пластине рис. В. I при заданной плотности источников тепла, и другая для расчета плотности мощности электромагнитных потерь и температурного поля в этой пластине при отсутствии явлений массопереноса, сочетанием и различными вариантами которых были проведены все численные расчеты. Научная новизна результатов работы. Впервые в практике вычислений применено краевое условие массообмена на основе закона испарения Дальтона нелинейное краевое условие третьего рода. Являясь наиболее общим, оно позволяет исследовать процесс конвективной и электромагнитной сушки в различных нестационарных режимах, когда интенсивность испарения влаги с поверхности материала непрерывно изменяется во времени кроме того, при этом появляется возможность учесть влияние на массообмен таких характеристик воздуха, как его температура, влажность и скорость движения учитывается также длина образца в направлении движения воздушного потока разделы 23. Краевое условие Дальтона позволило впервые осуществить численное исследование переходных процессов в начальном периоде конвективной сушки, а также предложить простой численный алгоритм для приближенного расчета продолжительности этого вида сушки и ее энергетической эффективности разделы 2. Предложена концепция корректных начальных условий формулы 2. Эти начальные условия упрощают вычислительную процедуру в задачах конвективной сушки и являются уместными там, где переходные процессы, связанные с первым непродолжительным периодом сушки, можно не принимать во внимание. Если же речь идет о сушке электромагнитными волнами раздел 4. Расчет плотности мощности электромагнитных потерь произведен с учетом пространственной неоднородности среды диссипация энергии волны происходит локально, в соответствии со значением эффективной диэлектрической проницаемости двухкомпонентной смеси твердой основы и воды, зависящей от текущей температуры и влагосодержания в данной точке пространства плотность электромагнитных потерь зависит также и от доли отраженной и прошедшей энергии, поскольку заданной считается интенсивность падающей волны. Исследованы интерференционные явления, которые сопровождают процесс прохождения интенсивного СВЧ излучения сквозь плоский и цилиндрический слой и происходят в условиях, когда материал слоя, ввиду зависимости его диэлектрической проницаемости от температуры, влагосодержания и в конечном итоге от напряженности поля, оказывается существенно неоднородным по глубине и нелинейным разделы 4. Метод характеристических матриц, позволяющий рассматривать задачи, связанные с прохождением плоских электромагнитных волн сквозь плоские слоистые среды , распространен на случай цилиндрических слоистых сред, в которых распространяются цилиндрические волны ТЕМ типа. Для характеристической матрицы цилиндрического неоднородного слоя предложено четыре различных представления, требующие различного объема вычислений точное, приближенное, асимптотическое, и представление, где отличие от матрицы плоского слоя является уже незначительным. На основе численного исследования поведения функций Ханкеля от комплексного аргумента даны рекомендации по выбору вида характеристической матрицы в зависимости от параметров задачи раздел 3. Алгоритм включает процедуру проверки корректности вычислений с помощью законов сохранения энергии и вещества проведено также исследование устойчивости этого алгоритма в зависимости от параметров задачи раздел 2. Достоверность результатов исследования. Рассчитанные в разделе 2. Ту и интенсивность массообмена в режиме постоянной скорости сушки у как функции характеристик воздуха и длины пластины в направлении воздушного потока рис. Проведенное в разделе 2. В лучших отечественных и зарубежных конвективных сушильных установках затраты тепла на удаление из материала 1 кг воды энергоемкость процесса конвективной сушки составляют около МДжкг , , , а при СВЧсушке соответствующие затраты электромагнитной энергии примерно в четыре раза меньше . Численные эксперименты разделов 2.