刨花对流干燥过程的传热传质的研究动态.pdfVIP

刨花对流干燥过程的传热传质研究动态 李文军张璧光于志明 (北京林业大学材料科学与技术学院) 摘要：为研究刨花对流干燥过程的传热传质问题，该文详细介绍并归纳了 多孔介质与木材领域内的传热传质理论研究概况，从中寻找出适合研究刨 花对流干燥过程传热传质的方法经过理论分析，提出可根据非平衡热力学 理论和相平衡理论，建立一个描述包Ⅱ花对流干燥时刨花外部对流传热传质 和内部热、湿迁移过程的非平衡热力学模型． 关健词：刨花，对流干燥，多孔介质，传热传质。模犁 干燥是工农业生产和人类日常生活中最广泛存在的一个热物理过程 由于干燥过程中物料升温和湿分的蒸发，需要消耗大量的热能，使干燥作 业成为田民经济中最大的耗能户之一．据统计，干燥所占有的能耗大约是国 民经济中总能耗的10％～13％．因此，干燥理论的发展和干燥技术的进步， 对于节约能源、实现国家能源发展纲要和国民经济的高速持续发展，具有 重大的经济和社会意义． 正确的干燥理论，不仅能够解释干燥过程中发生的各类能量与物质的 迁移现象，而且以此为基础所建立的干燥过程的传热传质机理模型，能够 预测被干燥物料的干燥行为和特性．近年恕国内外对粮食、蔬菜、木材等有 机多孔介质干燥过程中的传热传质问题，进行了广泛的研究。但有关刨花 对流干燥过程的传热传质研究报道，国内，满较少见．本文拟从多孔介质和 木材领域内的相关研究中，寻找可用于刨花研究的理论．以便为今后做相关 的深入研究打下基础． 1多孔介质对流干燥过程的传热传质研究 多孔介质对流干燥过程，是指含湿多孔物料以对流换热方式从干燥介 质中吸收热量，使物料内部湿分(一般为水分)汽化、扩散，产生的蒸汽 以对流传质的方式扩散至干燥介质中去，从而达到除去物料内部湿分目的 的过程对于燥过程中热质传递规律进行研究，可以减少干燥过程中的能耗 及保证干燥产品的质量．干燥过程中，干燥物料的种类与干燥方式不同，其 干燥特性与脱水原理也不同．因而，众多学者依据各自研究的物料和干燥方 式，提出了各自的干燥机理和模型． 1．1扩散楱童 1921年,Lewis[1】提出用菲克第二定律研究干燥的运动特性．他认为，在 多孔介质对流干燥过程中，物料内部的湿分首先以液态形式迁移至物料表 面，然后在物料表面汽化，汽化所需潜热由温度较高的干燥介质提供，汽 化产生的蒸汽以对流方式扩散到干燥介质中去，完成干燥过程物料内部水 分的扩教过程满足菲克第二定律．后来，Sherwoodp]利用常系数扩散模型对 一系列固体干燥的干燥过程进行了研究，获得了一些较满意的结果．然而， 随着研究过程的不断深入。人们开始意识到常扩散系数模型的局限性事实 上，随着干燥过程的不断进行，物料内部的温度不断升高，含湿量不断减 少，湿分的扩散系数也会随之而变，常扩散系数模型则不再适用．1947年， Vamrsdelpl以菲克第二定律为基础，建立了非线性扩散理论，由变扩散系 数来描述物料内部水分的扩散过程．变扩散系数又称有效扩散系数，它综合 反映了物料内部各种传输机制对水分扩敖过程的影响，其大小主要取决于 物料内部的温度和吉湿量的高低．后人应用该模型对很多不同物科的对流 干燥特性进行了研究，得出了相应的扩散系数，模型的数值模拟计算结果 与试验结果吻合较好．例如，贾灿纯[41等人在利用有限元法、采用变扩散系 数模型模拟玉米颗粒内部传热传质过程时采用的扩散系数为 DffiAoex“0．0s6x)． 1．2 Lulkov藕合传热传质理论棱囊 非平衡热力学理论的建立，使得对流干燥这种复杂的传热传质现象 在数学上得到比较完善的描述．20世纪60年代，Luikovl拍J认为，在多孔介 质内部传热传质过程中，浓度场、温度场和压力场是相互影响、相互制约 的，由此根据质量守恒、能量守恒和动量守恒原理导出了传热传质微分方 程．之后-Luikov从传热传质过程的类似性出发，利用不可逆过程热力学理 论，分析了干燥过程推动力(热力学力)和迁移量(流通量)之间的耦合 关系，建立了多孔介质热湿迁移过程中温度场、湿度场和压力场相互耦合 的热力学模型及其相应的非线性微分方程组从理论上来说。Luikov方程是 描述各类干燥过程的通用数学模型．然而该模型中的9个物性系数难以确 定，影响了它的实用性．Luikov方程建立起来以后，许多学者以此为基础对 多孔介质干燥时的内部传热传质过程进行了研究．1973年。Tripathim等人对 无限长圆柱体内的传热传质过程进行了研究．他们