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多孔介質(zhì)對(duì)流干燥外部傳熱傳質(zhì)的非平衡熱力學(xué)理論

作者： 2015年07月13日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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刖S多孔介質(zhì)對(duì)流干燥過(guò)程是個(gè)由外部傳熱傳質(zhì)過(guò)程和內(nèi)部熱濕遷移過(guò)程相互影響相互制約的耦合過(guò)程，外部傳熱傳質(zhì)能力的強(qiáng)弱將直接影響干燥速度的快慢。為此，許多學(xué)者進(jìn)行了研究
    刖S多孔介質(zhì)對(duì)流干燥過(guò)程是個(gè)由外部傳熱傳質(zhì)過(guò)程和內(nèi)部熱濕遷移過(guò)程相互影響相互制約的耦合過(guò)程，外部傳熱傳質(zhì)能力的強(qiáng)弱將直接影響干燥速度的快慢。為此，許多學(xué)者進(jìn)行了研究，得到了些可供工程設(shè)計(jì)使用的結(jié)果31但是，早期的研究都認(rèn)為物料外部水蒸汽的擴(kuò)散過(guò)程驅(qū)動(dòng)勢(shì)為水蒸汽質(zhì)量濃度梯度或者分壓力梯度，如果這樣的話，會(huì)得出些令人困惑甚至與熱力學(xué)原理相悖時(shí)，按照0和，121的計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在汽液界面處，空氣的擴(kuò)散過(guò)程將沿化學(xué)勢(shì)，高的方向進(jìn)行，這與熱力學(xué)原理是相違背的4.因此，本文擬從非平衡熱力學(xué)理論出發(fā)，以廣義熱力學(xué)力作為傳質(zhì)過(guò)程驅(qū)動(dòng)勢(shì)，建立描述多孔介質(zhì)恒速干燥階段外部對(duì)流傳熱傳質(zhì)過(guò)程的非平衡熱力學(xué)理論模型，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，同時(shí)，還將計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的理論進(jìn)行比較，以揭外部對(duì)流傳熱傳質(zhì)過(guò)程的物理本質(zhì)。
　　基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目3.595760，3熱能利用與節(jié)能技術(shù)循環(huán)流化床及干燥技術(shù)等方面的研究。
　　2熱力學(xué)理論模型2.1物理模型物理過(guò)程分析時(shí)假定外部干燥條件恒定；動(dòng)量熱量和質(zhì)量的傳遞過(guò)程都為穩(wěn)態(tài)過(guò)程；干燥介質(zhì)為由過(guò)熱水蒸汽和子空氣組成的理想混合氣體，且總壓力為個(gè)大氣壓；含濕多孔物料只接受干燥介質(zhì)的對(duì)流換熱；物料面溫度為干燥介質(zhì)濕球溫度，= 2.2控制方程在含濕多孔物料面附近，水份的汽化而產(chǎn)生溫度和各組份傳質(zhì)勢(shì)以了在介質(zhì)流動(dòng)橫向上的梯度比其在流動(dòng)方向上的梯度大的多，此時(shí)，邊界層理論成立，其控制方程為氣系統(tǒng)可按下式計(jì)算1451邊界條件界面上元混合物系的徑向速度，可由界面質(zhì)量平衡條件確定在水蒸汽質(zhì)量傳遞方程中，似；與7并非都是獨(dú)立變量，它們通過(guò)水蒸汽分壓力壙相互關(guān)聯(lián)，其關(guān)系式為2.3相似性方程由于外部條件恒定，壁面溫度不變，定存在。其相似性方程為故相似解流區(qū)中的值之比。
　　邊界條件界面上的質(zhì)量平衡式可變?yōu)?.4計(jì)算方法采用打靶法求解，即先將邊值問(wèn)化為初值問(wèn)階1叫6尺，法積分求解，具體過(guò)程可參文3計(jì)算結(jié)果分析與討論3.1計(jì)算結(jié)果的檢驗(yàn)為便于比較，定義面水分蒸發(fā)速率為4，可認(rèn)為是絕干空氣計(jì)算結(jié)果與Haj1等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，顯然兩者吻合較好；3給出了本文計(jì)算結(jié)果與，等的計(jì)算結(jié)果的比較，當(dāng)干燥介質(zhì)溫度較低時(shí)，兩者吻合較好，而當(dāng)溫度較高時(shí)。=500.0，與本文計(jì)算結(jié)果相比界等的計(jì)算結(jié)果偏，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是0等3.2與傳統(tǒng)理論的比較對(duì)于多孔介質(zhì)對(duì)流干燥時(shí)外部水蒸汽空氣系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，傳統(tǒng)的理論認(rèn)為，熱量傳遞過(guò)程的驅(qū)動(dòng)勢(shì)為溫度梯度，水蒸汽質(zhì)量傳遞過(guò)程的驅(qū)動(dòng)勢(shì)為其分壓力梯度或質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度，據(jù)此，得到了系列的研究成果。下面將本文的計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的對(duì)流傳熱傳質(zhì)理論進(jìn)行比較。
　　多孔介質(zhì)對(duì)流干燥外部傳熱傳質(zhì)過(guò)程的熱力學(xué)理論同樣認(rèn)為熱量傳遞過(guò)程的驅(qū)動(dòng)勢(shì)為溫度梯度質(zhì)量傳遞的驅(qū)動(dòng)勢(shì)為其傳質(zhì)勢(shì)梯度久，乃，即廣義熱力學(xué)力，因此，兩種理論的本質(zhì)區(qū)別在于對(duì)質(zhì)量傳遞過(guò)程的驅(qū)動(dòng)勢(shì)的認(rèn)識(shí)不同，故這里僅比較與傳質(zhì)過(guò)程有關(guān)的因素，如邊界層內(nèi)分?jǐn)?shù)7.分布的部分計(jì)算結(jié)果，對(duì)于水蒸汽而言，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為爪邊界層內(nèi)的溫度梯度對(duì)傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢(shì)的影響。
　　質(zhì)勢(shì)71分布的部分計(jì)算結(jié)果。由可，3.
　　在壁面附近，由熱力學(xué)理論計(jì)算出的傳質(zhì)勢(shì)梯度比按照傳統(tǒng)理論計(jì)算出的傳質(zhì)勢(shì)梯度大；當(dāng)干燥介質(zhì)濕度較低時(shí)，兩種理論的計(jì)算結(jié)果差異較大，此時(shí)按照傳統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)理論計(jì)算出的傳質(zhì)勢(shì)分布似乎偏離了邊界層的特性，而當(dāng)干燥介質(zhì)濕度較時(shí)，兩種理論的計(jì)算結(jié)果差異較小干燥介質(zhì)溫度對(duì)兩種理論的計(jì)算結(jié)果差異影響較小4.6給出了典型干燥工況下邊界層內(nèi)空氣傳質(zhì)勢(shì)財(cái)=了分布的部分計(jì)算結(jié)果，然，按照傳統(tǒng)的理論計(jì)算出對(duì)流項(xiàng)總是沿正方向進(jìn)行，兇此，其空氣的擴(kuò)散必沿的反方向進(jìn)，即沿著傳質(zhì)勢(shì)乃，高的方向進(jìn)行，然，這與熱力學(xué)原理是相違背的。按照熱力學(xué)理論的計(jì)算結(jié)果，空氣的傳質(zhì)勢(shì)從壁面處開始沿2方向?qū)⑾壬_(dá)到某極值后再下降。
　　4結(jié)論建立了描述多孔介質(zhì)恒速子燥階段外部對(duì)流傳熱傳質(zhì)過(guò)程的非平衡熱力學(xué)理論模型，并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，水分蒸發(fā)速率的計(jì)算結(jié)果與已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好；同時(shí)，分析還明，非平衡熱力學(xué)理論能合理解釋邊界層內(nèi)水蒸汽和空氣的擴(kuò)散過(guò)程，因而，更能反映過(guò)程的物理本質(zhì)。
　　林瑞泰。多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)引論。北京科學(xué)出版社，1995.
　　李友榮。多孔介質(zhì)對(duì)流干燥過(guò)程的熱力學(xué)理論博士學(xué)位論文。，慶甫慶大學(xué)熱能丁程學(xué)院，1999
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