Математическое моделирование и оптимизация гигро- и гидротермических процессов в системах "капиллярнопористое тело - газо-парожидкостная среда"

• Автор: Горяинов, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 176 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Обозначения.

Глава 1. Внешний влаго и теплообмен капиллярнопористого тела

с однофазной газопаровой средой обзор.

1.1. Выражения для внешних потоков влаги и теплоты.

1.2. Уравнения межфазного равновесия.

1.3. Физические свойства газопаровой среды

влажного воздуха.

1.4. Температура мокрого термометра и постоянная

скорость поверхностного испарения

1.5. Примеры расчета. Сопоставление результатов
с опытными данными.
Глава 2. Внешний влаго и теплообмен капиллярнопористого тела
с газопарожидкостной средой
2.1. Исходные предпосылки
2.2. Флегма и флегмовый поток. Механизмы
их возникновения и основные свойства.
2.3. Пример
2.4. Выражения для внешних потоков влаги и теплоты.
Глава 3. Внутренний влаго и теплоперенос в капиллярнопористых
телах. Балансовые уравнения
3.1. Выражения для потоков.
3.2. Определение кинетических коэффициентов внутреннего переноса.
3.3. Фильтрационный влагоперенос под действием потенциала массовых сил
3.4. Уравнения текущих балансов
3.5. Уравнения для паросодержания
и внутреннего давления
Глава 4. Кинетика гигротермических процессов в системе
капиллярнопористое тело газопаровая среда
4.1. Основные предпосылки и постановка задачи.
4.2. Флегмовый период.
4.3. Переходный период
4.4. Период внутреннего испарения конденсации.
4.5. Приложение теории к расчету кинетики
гигротермической обработки колбасных изделий
4.6. Анализ и обсуждение результатов
Глава 5. Кинетика гидро и гигротермических процессов в системе
капиллярнопористое тело аэрозоль.
5.1. Исходные предпосылки.
5.2. Флегмовый период
5.3. Переходный период.
5.4. Период внутреннего испарения конденсации
5.5. Пример расчета и анализ результатов
Глава 6. Оптимизация процессов гигро и гидротермической
обработки колбасных изделий
6.1. Учет влияния оболочки.
6.2. Формулирование критериев оптимальности процессов обжарки и варки
6.3. Определение оптимальных режимов обжарки и варки
6.4. Аэрозольное охлаждение
6.5. Примеры расчета, анализ и обсуждение результатов
Основные выводы.
Литература


Во 2-й главе вводятся в рассмотрение новые физические понятия о "флегме" и "флегмовом потоке", на конкретном примере показываются причины их возникновения и важность обособленного учета, выводятся обобщенные выражения для внешних потоков влаги и теплоты при участии в массообмене обеих фаз влаги. В 3-й главе рассматривается внутренний влаго- и теплоперенос в капиллярнопористом теле под действием ^адиентов диффузионного термодиффузионного и бародиффузионного потенциалов. Дается количественное обоснование необходимости учета фильтрационной составляющей переноса свободной влаги, обусловленной действием поля массовых сил. Выводятся уравнения текущих балансов массы влаги и энергии в дифференциальной форме, а также уравнения для текущего паросодержания тела и внутреннего термодинамического давления. Приводятся конкретные примеры расчета кинетики процессов гигротермической обработки колбасных изделий - подсушки, обжарки и варки. Результаты расчета сопоставляются с известными экспериментальными данными. В 5-й главе дается математическое описание кинетики процесса влаго-и теплообмена в системе "капиллярнопористое тело - двухфазная газо-паро-жидкостная среда (аэрозоль)" при постоянных параметрах среды. Приводятся пример расчета и анализ его результатов. В 6-й главе показывается применение теории, изложенной в предшествующих разделах, к решению задач оптимизации процессов гигротермической обработки колбасных изделий - обжарки и варки при изменяющихся во времени температуре и влажности среды, а также процесса аэрозольного охлаждения изделий после их варки. В приложениях приведены компьютерные программы расчета оптимальных температуро-влажностных режимов гигро- и гидротермической обработки колбасных изделий. Диссертационная работа выполнялась на кафедре промышленной энергетики Воронежской государственной технологической академии в рамках плана научно-исследовательских работ по теме: "Исследование процессов тепло- и массообмена, повышение эффективности технологического оборудования и энергоиспользования" (№ г. V, N1 - постоянная скорость сушки и постоянная скорость увлажнения, с*1; р,Рг>Ру “ локальное (зависящее от координат) термодинамическое давление и его значения, усредненные по поверхности и объему тела, Па; Рс>Рк ~ общее давление среды и парциальное давление к-го компонента, Па; Ps. Прандтдя и Рейнольдса. Индексы к - 0, 1, 2, 3 соответствуют каркасу тела, жидкости, пару и смеси неконденсирующихся газов (воздуху). ГЛАВА 1. Строгое математическое описание влаго- и теплообмена между поверхностью пористого тела и средой требует совместного решения уравнений гидродинамики и конвективного массо- и теплопереноса с учетом нормальной составляющей массового потока на поверхности тела, что чрезвычайно усложняет задачу. Значительное упрощение дает так называемая "пленочная" теория [1 - 3], в которой предполагается, что вблизи поверхности тела существуют три пограничных слоя - гидродинамический, тепловой и диффузионный; каждый из них имеет свою толщину ди, б/, которые не изменяются вдоль поверхности и не зависят от нормальной скорости потока среды )у на поверхности тела; продольная скорость потока, температура и концентрационный состав среды изменяются лишь в пределах соответствующего слоя и зависят только от поперечной координаты у (расстояния до поверхности тела), причем профили (характер изменения) указанных параметров зависят от )у. Задача сводится к отысканию этих профилей и в итоге -к определению "действительных" (исправленных с учетом того, что иу Ф 0) коэффициентов массо- и теплообмена. Как показано в работах [4-6], применение такого подхода к решению конкретных задач приводит к вполне удовлетворительным результатам. Поэтому ниже дается его подробное описание. Предполагается, что потоки твердой фазы и неконденсирующего-ся газа через поверхность тела отсутствуют [7], т. J=¦^:^yp2-DVyp2), (1. Рс=Р2+Рз =СОП. ММъ =(ц2/Из)/,2/Л. УуР2 = ЛХМ2 1МзХ* + М-2 1 МзГ2 УуХ . На основании (1. Согласно кинетической теории газов [8] коэффициент диффузии О не зависит от х, а зависит только от Г, причем В ~ 7е'2. D/T ~ . D/T = D(Tc)/Tc= const. В диффузионном слое зависимостью j от у также можно пренебречь, т. Vyx = dx! При этих условиях решение уравнения (1. Lk,.