干燥过程热质传递的简化模型

对多孔介质体积平均理论进行简化,得到简化的热质传递干燥模型,用一个理论式表达模型中有效扩散系数。对香蕉片千燥的研究表明,模型的预测值与实验结果相     

光热驱动多孔氧化铈热化学循环解水制氢非热质平衡模型

热化学循环太阳燃料技术过程所涉及的多孔介质中复杂反应及热质传递过程,尚未建立较为完善的数学模型。以多孔氧化铈热化学循环解水过程为研究对象,将颗粒尺度的氧输运与宏观尺度的热质输运相耦合,提出完整的光热驱动条件下多孔介质非热质平衡模型,实验数据对比验证了动力学及热质输运模型的可靠性,分析了两种尺度(颗粒及床层)下,非热平衡效应、入射辐射热流、反应物浓度对动态过程的影响。入射辐射在床层的体积效应下,轴向的温度梯度使得缺陷反应的热力学平衡控制最大氧空位浓度出现在床层前侧,在缺陷反应的动态过程中,氧化过程相较于还原反应更快,提高多孔载氧体反应器的产物H₂浓度应主要从还原阶段中反应过程及条件出发。可为该类问题的建模和过程设计提供较为完整的理论基础和参考路径。     

光热驱动多孔氧化铈热化学循环解水制氢非热质平衡模型

热化学循环太阳燃料技术过程所涉及的多孔介质中复杂反应及热质传递过程,尚未建立较为完善的数学模型。以多孔氧化铈热化学循环解水过程为研究对象,将颗粒尺度的氧输运与宏观尺度的热质输运相耦合,提出完整的光热驱动条件下多孔介质非热质平衡模型,实验数据对比验证了动力学及热质输运模型的可靠性,分析了两种尺度(颗粒及床层)下,非热平衡效应、入射辐射热流、反应物浓度对动态过程的影响。入射辐射在床层的体积效应下,轴向的温度梯度使得缺陷反应的热力学平衡控制最大氧空位浓度出现在床层前侧,在缺陷反应的动态过程中,氧化过程相较于还原反应更快,提高多孔载氧体反应器的产物H₂浓度应主要从还原阶段中反应过程及条件出发。可为该类问题的建模和过程设计提供较为完整的理论基础和参考路径。     

多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型的推导及其应用

基于Whitaker的体积平均方程，在不附加任何新的假设的基础上，对多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型进行推导，得出了多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型。并应用该模型对瓷质砖体干燥过程进行了数值模拟，模拟结果与实验结果十分吻合。     

表面辐射对部分填充吸湿性多孔介质的封闭腔体内热湿耦合传递的影响

根据多孔介质热质传递原理, 基于有限元的方法数值分析了具有表面热辐射的部分填充吸湿性多孔介质的封闭腔体内部自然对流流动及热湿耦合传递过程, 探讨了表面发射率、Rayleigh数和Darcy数等参数对封闭腔体内部自然对流流动及热湿耦合传递过程的影响, 研究结果表明, 壁面热辐射的作用可以提高多孔介质内部的温度, 而且随着表面发射率的增大, 多孔介质内部的水分逐步向其右上角迁移和聚集。另外, Darcy数、多孔介质与空气的热导率比对方腔内部多孔介质的热量传递和水分迁移影响较小。     

水泥熟料换热模型的研究

针对高温水泥熟料具有堆积颗粒多孔质特性,将多孔介质渗流换热理论引入到熟料换热研究中,并考虑到热弥散效应对多孔介质强化换热的影响,建立了适用于高温水泥熟料冷却过程的气-固换热三维物理数学模型,在满足工程精度要求前提下,简化为更易求解和适于工业应用的一维非稳态换热模型.同时对其解法进行了相关研究,并通过模拟仿真验证了所建物理数学模型的正确性.     

水泥熟料堆积体多孔介质热阻力实验研究

本文利用自行设计的高温热阻实验装置,对高温水泥熟料冷却过程中的三维热阻力进行了实验测量.将管内流动系统的热阻力系数理论应用到水泥熟料非固结多孔介质热阻力实验研究中,得到了空气在高温水泥熟料多孔介质当量热阻力系数的变化规律.实验结果显示当熟料平均粒径为25 mm时,堆积体在从500℃冷却至常温的过程中,当量热阻力系数在1.15 ～1.35的范围变化,从而获得了温度与熟料堆积体渗透能力之间的关系.研究结果有助于指导此类颗粒堆积体的风冷问题.     

纸张干燥中湿分扩散系数的估算

纸张干燥过程涉及到多孔介质的热质传递,如何确定质量扩散系数是所建立的多孔物料湿分扩散模型能否进行数值计算的关键。按Liukov公式将湿分扩散系数视为含湿质量分数的非线性函数,在恒温下进行纸张干燥实验,通过比较湿分蒸发质量的测量值与理论计算值,采用多变量寻优的方法对多孔介质一维情况下的湿分扩散系数进行估算,得到了实验条件下的纸张湿分扩散系数的计算公式。并进一步确定了纸张中的湿分扩散系数与含湿质量分数和温度之间的函数关系式。     

基于REV的孔隙型多孔介质导热分析模型

多孔介质内部组成结构复杂，热质传递过程多变，如何针对多孔介质的微观孔隙分布特性，建立更加精准的分析模型，有待深入研究。基于表征单元体（representative elementary volume，REV）概念，提出了孔隙型多孔介质的两种微观物理模型，即空心骨架基元模型和实心颗粒基元模型，分别建立了相应的热导率计算公式。针对孔隙内的微观结构特征，采用分形方法，对两种基元模型进行了分形修正，更好地表征了微观孔隙结构。基于所建模型，进行了模拟计算，探讨了相关参数对多孔介质导热特性的影响。通过自主研发的实验装置进行了相关实验，验证了模型的准确性。     

分形多孔介质中气体的非稳态扩散

通过引入平均修正系数修正Fick第二扩散定律得到了描述分形多孔介质气体非稳态扩散的理论方程。基于“塞状流”扩散实验法建立了分形多孔介质非稳态扩散实验系统,对3个孔隙结构不同的分形多孔介质样品进行了非稳态扩散实验,通过实验对理论方程进行验证和修正。结果表明,Fick第二扩散定律不适用于分形多孔介质中气体非稳态扩散,分形多孔介质中气体非稳态扩散存在一定规律,且多孔介质孔隙结构不同其扩散规律不同。     

高初始含湿多孔介质喷雾干燥过程的热质耦合传递

多孔介质是大量干燥过程的主体,由于实际多孔介质干燥过程的复杂性,建立通用的干燥过程传热传质模型十分困难。通过分析喷雾干燥过程中高初始含湿多孔介质与干燥介质之间的传热传质机理以及各因素对传热传质的影响,根据马歇尔方程探讨了干燥介质与料雾之间的水蒸汽分压差在干燥过程中的变化情况,反映了多孔湿介质在喷雾干燥操作中的传热传质过程的几种特性,为确定实际生产中喷雾干燥器的操作条件指明了新的出路。     

The Role of Nonuniformity in Convective Heat and Mass Transfer through Porous Media,Part 1

Through-air drying is commonly used in the drying of high-quality tissue and towel products. A representative elementary volume method was used to model the fluid flow and heat and mass transfer during through drying in heterogeneous porous biobased materials such as tissue and towel products. Results of flow both upstream and downstream of a modeled porous sheet allowed visualization of the effects of mixing at the top and bottom of the porous medium. The effect of initial nonuniformity on fluid flow and convective heat and mass transfer in heterogeneous porous media was studied. The effect of material nonhomogeneity and associated transport properties on moisture content of the porous material as a function of drying time was studied. Modeling results indicate that for the first time it is possible to simulate the effect of nonuniformity on fluid flow and convective heat and mass transfer in porous media during through-air drying of paper. Moisture and structural nonuniformity contributing to nonuniformity in air flow might contribute significantly to drying nonuniformity. Depending on the moisture regimes and degree of saturation of the convective medium, heat and mass transfer coefficients may have varying effects on the overall drying.     

DRYING LIGHT-WEIGHT CONCRETE SLABS

To study unsteady state problems of heat and mass transfer in concrete pavements, which are generally considered to be fine porous media, both relevant material characteristics and transport properties must be considered simultaneously. A system of nondimensional differential equations for heat and mass transfer in porous media is derived and used to investigate the drying history of moisture content in a particular light-weight concrete slab. An implicit finite difference numerical scheme is employed for obtaining the numerical results. The results show that the Lewis number Le, Bi_h number Bi_m play an essential role in the simultaneous mass and heat transfer.     

REV尺度多孔介质格子Boltzmann方法的数学模型及应用的研究进展

综述了多孔介质表征体元尺度(REV)格子Boltzmann模型的研究进展,根据对多孔介质处理方式主要分为部分反弹模型和阻力模型两类,分析归纳了各类模型的优缺点。由于阻力模型中渗流的广义格子Boltzmann方程(GLBE)的作用力是基于GUO等的作用力模型,可以准确得到宏观方程,不存在离散误差,且模型的平衡分布函数和作用力项中都包含反应介质特性的孔隙率,因而应用最为广泛。本文还重点介绍了REV尺度多孔介质LBE模型在流动、传热、传质、化学反应及相变等过程中的具体应用,认为REV尺度多孔介质内的三传一反数学模型中需要加入孔隙尺度因素,在更大工程尺度上应该考虑过程参数的各向异性,展望了REV尺度多孔介质LBE模型的发展和应用前景。     

具有预制孔隙多孔介质冷冻干燥的多相传递模型

基于局部质量非平衡假设,建立了多相多孔介质热、质耦合传递数学模型,理论验证具有预制孔隙的初始非饱和多孔物料对冷冻干燥过程的强化作用。模型考虑了多孔介质的吸湿效应,构建了3种吸附-解吸平衡关系。模型使用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件平台数值求解,并与实验数据进行了比较。结果表明,初始非饱和冷冻物料能够有效地强化冷冻干燥过程。采用不同函数形式的吸附-解吸平衡关系模拟的干燥曲线均与实验数据非常吻合。通过分析物料内部的饱和度、温度和质量源分布,探讨了初始非饱和物料冷冻干燥过程的传热传质机理。初始非饱和物料的干燥速率控制因素主要是传热。模拟考察环境辐射温度对冷冻干燥过程影响的结果表明,所建模型具有良好的预测能力。     

Theoretical basis of adsorption processes for separation of multicomponent mixtures

In this paper different frontal regimes are analysed during adsorptional separation of multicomponent mixtures. Account is taken of the main qualitative characteristics of interphase mass transfer in undefined porous media, consisting of porous grains of different internal structures and the boundary of phase change in physical adsorption.     

浸渍溶剂的多孔介质提取红霉素的固定床模型

利用浸渍溶剂的多孔介质进行萃取是一种有效的分离方法,本文根据固定床溶剂萃取的特点,假定其过程为内扩散控制,采用扩散传质模型,建立了浸渍溶剂的多孔介质提取红霉素的固定床数学模型。     

非热平衡多孔介质内反应与传热传质耦合过程

采用局部热不平衡假设,对发生强吸热化学反应的多孔介质体系建立了反应与传热、传质耦合问题的数学模型,采用Ergun-Forchheimer-Brinkman方程描述多孔介质中的流体流动.运用交替方向隐式(ADI)方法对模型离散求解,并采用文献中的实验数据对模型进行验证.计算了不同条件下颗粒物料层内气体和固体骨架的温度场、产物气体浓度场以及固体转化率分布,以得到多孔介质体系内固有化学反应时的传热、传质规律.结果表明,不能忽略固体骨架与流体间的温度差.入口渗流速度、入口气体温度以及固体颗粒尺寸是影响系统反应特性的重要参数.研究结果对具有强吸热反应的固定床反应器的设计和运行具有一定的参考作用.     

Microwave drying process of corns based on double-porous model

Current microwave drying of food product models have generally neglected mass transfer physics, which have resulted in higher predicted temperatures within the food matrix. It is necessary to include mass transfer physics in modeling microwave drying of food products, especially when they are dry for longer durations. In the actual drying process, most of the dry material is a double-porous media formed by the mutual accumulation of porous media, and there is no systematic theory to analyze the drying process of double-porous media. This work presents a new theoretical model based on the ractive pellet bed to achieve the simulation of microwave drying in situation of stacked corns. Compared with the applicable to porous model and analyzed the difference, finally through the change of temperature and moisture was measured by experiments to verify the rationality and accuracy of the double-porous model.