非固結(jié)多孔介質(zhì)干燥的多尺度孔道網(wǎng)絡(luò)模擬與實驗研究.pdf

1、非固結(jié)多孔介質(zhì)干燥涵蓋的范圍非常廣泛，涉及到化工、食品、農(nóng)業(yè)、輕工、建筑、煤炭等眾多領(lǐng)域。但至到如今，由于多孔介質(zhì)本身的不均勻性和隨機性，內(nèi)部幾何拓撲結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等原因，傳統(tǒng)的干燥理論很難同時描述孔隙內(nèi)濕分和固體骨架中濕分含量情況，目前經(jīng)典的處理方法是將濕多孔介質(zhì)作為連續(xù)濕固體考慮；或者將其處理為剛性不吸濕多孔介質(zhì)。這對許多應(yīng)用領(lǐng)域如糧倉內(nèi)谷堆系統(tǒng)的熱質(zhì)傳遞研究來說是一個很大的障礙。有鑒于此，本文將多尺度理論引入孔道網(wǎng)絡(luò)干燥研究領(lǐng)域，建

2、立了非固結(jié)多孔介質(zhì)干燥的多尺度孔道網(wǎng)絡(luò)模型。 首先進行非固結(jié)多孔介質(zhì)的尺度劃分，建立了非固結(jié)多孔介質(zhì)干燥的多尺度孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型，提出了描述物理模型的五大結(jié)構(gòu)參數(shù)：分布律、兩節(jié)點間距離、空間分布系數(shù)、模型規(guī)模數(shù)和配位數(shù)，并對非固結(jié)多孔介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)參數(shù)與物理模型結(jié)構(gòu)參數(shù)作了對應(yīng)分析，提出了“物料一模型”參數(shù)對應(yīng)的方法。 基于物理模型，建立了非固結(jié)多孔介質(zhì)熱風(fēng)干燥的孔道網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。分別在干燥器尺度和顆粒尺度上對干燥過程進行

3、了熱質(zhì)傳遞分析，推導(dǎo)得到了各尺度上的動量、質(zhì)量和熱量控制方程，然后進行了兩個尺度之間的熱質(zhì)交換分析，推導(dǎo)得到了熱質(zhì)交換控制方程。接下來整理求解了模型各數(shù)學(xué)方程，討論了其初始、邊界條件，并給出了方程中各參數(shù)的確定方法。 采用VC++與MATIAB聯(lián)合編程開發(fā)設(shè)計了模型的求解軟件。該軟件在運行時能適時吸納物料對應(yīng)位置的物理結(jié)構(gòu)信息，能模擬得到物料結(jié)構(gòu)特性對干燥過程的影響情況。 實驗測量了玉米堆的孔隙率、孔隙直徑分布、粒徑分布

4、、孔隙配位數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)。進行了非固結(jié)多孔介質(zhì)熱風(fēng)干燥實驗，得到了干燥倉內(nèi)的濕含量分布、溫度分布等。 利用多尺度孔道網(wǎng)絡(luò)模型進行了玉米堆熱風(fēng)干燥過程的模擬，并結(jié)合實驗進行了對比分析，結(jié)果表明：多尺度孔道網(wǎng)絡(luò)干燥模型能較好地描述實際顆粒物料的干燥過程；倉內(nèi)玉米與孔隙空氣溫度存在明顯的差異，以往將此二者的溫度不加區(qū)分的做法是不妥的；該模型在模擬獲得物料宏觀濕含量分布的同時，能得到骨架顆粒內(nèi)部的濕含量分布。 針對實際物料不同的物

5、理結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同形狀的進風(fēng)口進行了干燥過程的模擬，模擬結(jié)果表明：1)物料孔隙率、直徑(包括粒徑與孔徑)分布、孔隙配位數(shù)等參數(shù)對干燥過程有較大的影響。孔隙率、配位數(shù)越大，物料干燥越快，升溫也越快，達到相同濕含量干燥所需時間越短；直徑分布不均勻程度越高，物料干燥越慢，所需時間越長，物料溫度上升也越慢，倉內(nèi)物料濕含量分布的差異也越大。2)在干燥過程中，對于一般窄篩分顆粒類農(nóng)產(chǎn)品物料，如：小麥、稻谷、玉米、綠豆等，我們可以采用同一直徑分布近似代