多孔介質對流干燥外部傳熱傳質的非平衡熱力學理論
作者： 2015年07月13日 來源：互聯網 瀏覽量：
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刖S多孔介質對流干燥過程是個由外部傳熱傳質過程和內部熱濕遷移過程相互影響相互制約的耦合過程，外部傳熱傳質能力的強弱將直接影響干燥速度的快慢。為此，許多學者進行了研究
刖S多孔介質對流干燥過程是個由外部傳熱傳質過程和內部熱濕遷移過程相互影響相互制約的耦合過程，外部傳熱傳質能力的強弱將直接影響干燥速度的快慢。為此，許多學者進行了研究，得到了些可供工程設計使用的結果31但是，早期的研究都認為物料外部水蒸汽的擴散過程驅動勢為水蒸汽質量濃度梯度或者分壓力梯度，如果這樣的話，會得出些令人困惑甚至與熱力學原理相悖時，按照0和，121的計算，結果發現，在汽液界面處，空氣的擴散過程將沿化學勢，高的方向進行，這與熱力學原理是相違背的4.因此，本文擬從非平衡熱力學理論出發，以廣義熱力學力作為傳質過程驅動勢，建立描述多孔介質恒速干燥階段外部對流傳熱傳質過程的非平衡熱力學理論模型，并進行數值計算，同時，還將計算結果與傳統的理論進行比較，以揭外部對流傳熱傳質過程的物理本質。
基金項目國家自然科學基金資助項目3.595760，3熱能利用與節能技術循環流化床及干燥技術等方面的研究。
2熱力學理論模型2.1物理模型物理過程分析時假定外部干燥條件恒定；動量熱量和質量的傳遞過程都為穩態過程；干燥介質為由過熱水蒸汽和子空氣組成的理想混合氣體，且總壓力為個大氣壓；含濕多孔物料只接受干燥介質的對流換熱；物料面溫度為干燥介質濕球溫度，= 2.2控制方程在含濕多孔物料面附近，水份的汽化而產生溫度和各組份傳質勢以了在介質流動橫向上的梯度比其在流動方向上的梯度大的多，此時，邊界層理論成立，其控制方程為氣系統可按下式計算1451邊界條件界面上元混合物系的徑向速度，可由界面質量平衡條件確定在水蒸汽質量傳遞方程中，似；與7并非都是獨立變量，它們通過水蒸汽分壓力壙相互關聯，其關系式為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中的值之比。
邊界條件界面上的質量平衡式可變為2.4計算方法采用打靶法求解，即先將邊值問化為初值問階1叫6尺，法積分求解，具體過程可參文3計算結果分析與討論3.1計算結果的檢驗為便于比較，定義面水分蒸發速率為4，可認為是絕干空氣計算結果與Haj1等的實驗結果的比較，顯然兩者吻合較好；3給出了本文計算結果與，等的計算結果的比較，當干燥介質溫度較低時，兩者吻合較好，而當溫度較高時。=500.0，與本文計算結果相比界等的計算結果偏，產生這種現象的主要原因是0等3.2與傳統理論的比較對于多孔介質對流干燥時外部水蒸汽空氣系統的傳熱傳質過程，傳統的理論認為，熱量傳遞過程的驅動勢為溫度梯度，水蒸汽質量傳遞過程的驅動勢為其分壓力梯度或質量分數梯度，據此，得到了系列的研究成果。下面將本文的計算結果與傳統的對流傳熱傳質理論進行比較。
多孔介質對流干燥外部傳熱傳質過程的熱力學理論同樣認為熱量傳遞過程的驅動勢為溫度梯度質量傳遞的驅動勢為其傳質勢梯度久，乃，即廣義熱力學力，因此，兩種理論的本質區別在于對質量傳遞過程的驅動勢的認識不同，故這里僅比較與傳質過程有關的因素，如邊界層內分數7.分布的部分計算結果，對于水蒸汽而言，其質量分數為爪邊界層內的溫度梯度對傳質驅動勢的影響。
質勢71分布的部分計算結果。由可，3.
在壁面附近，由熱力學理論計算出的傳質勢梯度比按照傳統理論計算出的傳質勢梯度大；當干燥介質濕度較低時，兩種理論的計算結果差異較大，此時按照傳統的傳熱傳質理論計算出的傳質勢分布似乎偏離了邊界層的特性，而當干燥介質濕度較時，兩種理論的計算結果差異較小干燥介質溫度對兩種理論的計算結果差異影響較小4.6給出了典型干燥工況下邊界層內空氣傳質勢財=了分布的部分計算結果，然，按照傳統的理論計算出對流項總是沿正方向進行，兇此，其空氣的擴散必沿的反方向進，即沿著傳質勢乃，高的方向進行，然，這與熱力學原理是相違背的。按照熱力學理論的計算結果，空氣的傳質勢從壁面處開始沿2方向將先升達到某極值后再下降。
4結論建立了描述多孔介質恒速子燥階段外部對流傳熱傳質過程的非平衡熱力學理論模型，并進行了數值計算，水分蒸發速率的計算結果與已有的實驗數據吻合較好；同時，分析還明，非平衡熱力學理論能合理解釋邊界層內水蒸汽和空氣的擴散過程，因而，更能反映過程的物理本質。
林瑞泰。多孔介質傳熱傳質引論。北京科學出版社，1995.
李友榮。多孔介質對流干燥過程的熱力學理論博士學位論文。，慶甫慶大學熱能丁程學院，1999
基金項目國家自然科學基金資助項目3.595760，3熱能利用與節能技術循環流化床及干燥技術等方面的研究。
2熱力學理論模型2.1物理模型物理過程分析時假定外部干燥條件恒定；動量熱量和質量的傳遞過程都為穩態過程；干燥介質為由過熱水蒸汽和子空氣組成的理想混合氣體，且總壓力為個大氣壓；含濕多孔物料只接受干燥介質的對流換熱；物料面溫度為干燥介質濕球溫度，= 2.2控制方程在含濕多孔物料面附近，水份的汽化而產生溫度和各組份傳質勢以了在介質流動橫向上的梯度比其在流動方向上的梯度大的多，此時，邊界層理論成立，其控制方程為氣系統可按下式計算1451邊界條件界面上元混合物系的徑向速度，可由界面質量平衡條件確定在水蒸汽質量傳遞方程中，似；與7并非都是獨立變量，它們通過水蒸汽分壓力壙相互關聯，其關系式為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中的值之比。
邊界條件界面上的質量平衡式可變為2.4計算方法采用打靶法求解，即先將邊值問化為初值問階1叫6尺，法積分求解，具體過程可參文3計算結果分析與討論3.1計算結果的檢驗為便于比較，定義面水分蒸發速率為4，可認為是絕干空氣計算結果與Haj1等的實驗結果的比較，顯然兩者吻合較好；3給出了本文計算結果與，等的計算結果的比較，當干燥介質溫度較低時，兩者吻合較好，而當溫度較高時。=500.0，與本文計算結果相比界等的計算結果偏，產生這種現象的主要原因是0等3.2與傳統理論的比較對于多孔介質對流干燥時外部水蒸汽空氣系統的傳熱傳質過程，傳統的理論認為，熱量傳遞過程的驅動勢為溫度梯度，水蒸汽質量傳遞過程的驅動勢為其分壓力梯度或質量分數梯度，據此，得到了系列的研究成果。下面將本文的計算結果與傳統的對流傳熱傳質理論進行比較。
多孔介質對流干燥外部傳熱傳質過程的熱力學理論同樣認為熱量傳遞過程的驅動勢為溫度梯度質量傳遞的驅動勢為其傳質勢梯度久，乃，即廣義熱力學力，因此，兩種理論的本質區別在于對質量傳遞過程的驅動勢的認識不同，故這里僅比較與傳質過程有關的因素，如邊界層內分數7.分布的部分計算結果，對于水蒸汽而言，其質量分數為爪邊界層內的溫度梯度對傳質驅動勢的影響。
質勢71分布的部分計算結果。由可，3.
在壁面附近，由熱力學理論計算出的傳質勢梯度比按照傳統理論計算出的傳質勢梯度大；當干燥介質濕度較低時，兩種理論的計算結果差異較大，此時按照傳統的傳熱傳質理論計算出的傳質勢分布似乎偏離了邊界層的特性，而當干燥介質濕度較時，兩種理論的計算結果差異較小干燥介質溫度對兩種理論的計算結果差異影響較小4.6給出了典型干燥工況下邊界層內空氣傳質勢財=了分布的部分計算結果，然，按照傳統的理論計算出對流項總是沿正方向進行，兇此，其空氣的擴散必沿的反方向進，即沿著傳質勢乃，高的方向進行，然，這與熱力學原理是相違背的。按照熱力學理論的計算結果，空氣的傳質勢從壁面處開始沿2方向將先升達到某極值后再下降。
4結論建立了描述多孔介質恒速子燥階段外部對流傳熱傳質過程的非平衡熱力學理論模型，并進行了數值計算，水分蒸發速率的計算結果與已有的實驗數據吻合較好；同時，分析還明，非平衡熱力學理論能合理解釋邊界層內水蒸汽和空氣的擴散過程，因而，更能反映過程的物理本質。
林瑞泰。多孔介質傳熱傳質引論。北京科學出版社，1995.
李友榮。多孔介質對流干燥過程的熱力學理論博士學位論文。，慶甫慶大學熱能丁程學院，1999
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