检索结果-内蒙古大学图书馆

煤质技术 2025年第2期40卷 33-39页

作者：刘增斌北京天地融创科技股份有限公司北京100013

由于燃煤工业锅炉经过湿法脱硫后烟气中含湿量大而造成余能浪费,直接接触式热泵通过取热工质和烟气直接接触后可对烟气中的水蒸气进行冷凝,大幅提高余热回收传热性能并有效降低排烟中SO_(2)、NO_(x)排放浓度,达到节能与减排双重作用。... 详细信息

由于燃煤工业锅炉经过湿法脱硫后烟气中含湿量大而造成余能浪费,直接接触式热泵通过取热工质和烟气直接接触后可对烟气中的水蒸气进行冷凝,大幅提高余热回收传热性能并有效降低排烟中SO_(2)、NO_(x)排放浓度,达到节能与减排双重作用。实验针对14 MW燃煤锅炉直接接触式热泵回收烟气余热能力与减排效果进行研究,即从喷淋流量及液气比、喷淋水与烟气温差、喷淋高度3个方面探究对传热性能的影响并分析相应的污染减排效果,采用正交分析法和敏感性分析,探讨烟气冷凝余热回收换热的影响因素,得到传热性能随各因素的变化规律。实验结果表明,随着液气比的增大烟气冷凝余热回收传热性能提高,随着喷淋水温的上升烟气冷凝余热回收能力大幅降低,喷淋高度提高可以有效提高烟气冷凝余热回收传热性能与污染物减排水平。

关键词：直接接触式热泵燃煤锅炉烟气余热传热传质特性烟气冷凝液气比喷淋高度

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盐水冷却塔传热传质特性的实验研究

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浙江大学学报（工学版） 2014年第4期48卷 666-670,710页

作者：汪超董飞英范利武俞自涛胡亚才浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027

为了研究高浓度盐水冷却塔的传热传质特性,通过机械通风式逆流冷却塔实验台,在不同进塔盐水温度（28-50℃）的条件下,研究改变盐水质量分数（6%、12%、16%、25%和34%的氯化钙溶液）及雷诺数Re（范围：2 000-16 000）分别对无量纲换热系... 详细信息

为了研究高浓度盐水冷却塔的传热传质特性,通过机械通风式逆流冷却塔实验台,在不同进塔盐水温度（28-50℃）的条件下,研究改变盐水质量分数（6%、12%、16%、25%和34%的氯化钙溶液）及雷诺数Re（范围：2 000-16 000）分别对无量纲换热系数NuV和无量纲传质系数ShV的影响.结果表明：NuVPr^-1/3和ShVSc^-1/3均与Re无关,即在填料层内发生了关于Re的自模化现象;随着盐水质量分数的升高,盐水冷却塔的传热和传质性能均有所下降.当盐水质量分数由6%提高到34%时,NuVPr^-1/3的平均值下降了51.5%,ShVSc^-1/3的平均值下降了45.8%.通过线性拟合得到了NuVPr^-1/3和ShVSc^-1/3随盐水质量分数变化的关联式.

关键词：传热传质特性盐水冷却塔

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基于DEM模型湿颗粒鼓泡流化床传热传质特性模拟研究

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工程热物理学报 2022年第11期43卷 3011-3019页

作者：唐天琪夏靖达孙珊珊王铭浩何玉荣哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 黑龙江省新型储能材料与储能过程研究重点实验室哈尔滨150001

颗粒系统在实际工业生产及日常生活等各个领域有着非常广泛的应用,而大多数情况下颗粒系统中通常存在一定量的液体,例如喷雾造粒、湿法除尘等过程。其中液体的存在对不同工业过程生产效率起到抑制或促进的作用。因此,如何合理控制颗粒... 详细信息

颗粒系统在实际工业生产及日常生活等各个领域有着非常广泛的应用,而大多数情况下颗粒系统中通常存在一定量的液体,例如喷雾造粒、湿法除尘等过程。其中液体的存在对不同工业过程生产效率起到抑制或促进的作用。因此,如何合理控制颗粒系统中液体含量对提高工业生产效率、优化反应器设计有着不可忽视的作用。本文基于湿颗粒离散软球碰撞模型,并引入传热传质模型,数值模拟研究鼓泡流化床内湿颗粒系统中的传热传质过程,对比鼓泡流化床内不同时刻颗粒速度分布、努塞尔数分布等。研究发现,在干燥初始阶段,不同床层高度处,颗粒速度在0m/s附近,速度分布不对称,说明在此阶段颗粒未充分流化,颗粒在流化床内运动不稳定,受到液体作用的影响较为明显。随着干燥过程的进行,液体量逐渐减小,颗粒速度呈轴对称分布,说明颗粒逐渐被充分流化并获得更大的运动速度。

关键词：鼓泡流化床湿颗粒传热传质特性离散单元模型

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红外探测中潜艇冷热尾流的传热传质特性

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光学精密工程 2017年第1期25卷 107-114页

作者：张旭升郭亮胡日查刘春龙中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型,结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型,探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等... 详细信息

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型,结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型,探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等因素对潜艇冷热尾流传热传质特性的影响,所得结论如下:高速旋转螺旋桨促使热尾流后向延迟距离增大、海表温差减小,忽略旋转时海表温差的绝对误差和相对误差分别为3.23mK和52.7%;水下航行潜艇扰动温度密度分层海水浮升形成冷尾流温差信号,与温度密度均匀海水相比,海表温变区域显著增大、尾流温差由6.13mK增大到84mK;通过海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜艇,若存在,再结合海表下游热尾流特征实现潜艇位置的精确反演。上述结论可为优化潜艇冷热尾流的数值仿真精度提供参考与借鉴。

关键词：热尾流旋转螺旋桨温度密度分层传热传质特性有限体积法红外探测

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丝状颗粒传热传质特性的研究

丝状颗粒传热传质特性的研究

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作者：朱立平东南大学

学位级别：博士

丝状颗粒作为一类长径比较大的非球形颗粒，其传热传质特性的相关技术在工农业生产中具有广阔的应用背景。丝状颗粒本身的运动行为、温度及含水率的变化特征较球形颗粒的情况更为复杂，相关理论研究涉及到多相流体动力学、颗粒物质力学... 详细信息

丝状颗粒作为一类长径比较大的非球形颗粒，其传热传质特性的相关技术在工农业生产中具有广阔的应用背景。丝状颗粒本身的运动行为、温度及含水率的变化特征较球形颗粒的情况更为复杂，相关理论研究涉及到多相流体动力学、颗粒物质力学、传热传质学等多个方面。目前，国内外关于颗粒传热传质特性的研究已逐渐由宏观向颗粒尺度的微观层面深入，不过主要成果都集中在球型颗粒方面，而对于丝状颗粒传热传质特性的研究还不够系统，诸如用何种方式考虑颗粒的形状因素、怎样描述密相丝状颗粒系统中颗粒间相互碰撞（接触）的传热过程、如何选择在不同干燥条件下颗粒与流体之间的耦合对流传热及传质模型等，这些关键问题尚未得到解决，因此该领域的基础研究仍落后于实际工业技术开发与应用。\n 本文首先针对丝状颗粒在于燥设备中的运动、传热和传质三者同时发生的现象分别进行了数学建模，之后结合实验，平行研究了丝状颗粒在复杂多相流条件下的传热传质特性和相关规律，其结果为该类粒子干燥效率的提高、干燥设备结构的进一步优化提供了理论指导。研究内容主要包含以下几个方面:\n 气固两相传热传质数学模型的建立。将气体作为连续相，颗粒作为离散相，分别采用计算流体动力学(CFD)建立气相数学模型，以及离散元法(DEM)建立固相数学模型。气相模型主要基于经典的N-S方程，并结合局部平均法，来建立与固相之间相互耦合的质量、动量以及能量守恒方程。而对于固相模型，首先从单颗粒入手，根据丝状颗粒长径比较大、柔软、易绕曲变形等特征，将其假设成由若干杆状颗粒和铰约束连接而成的细长链式结构;之后在颗粒物质力学的基础上，重点描述了丝状颗粒相互碰撞时的受力模型;接下来在颗粒尺度的微观层面提出了一种基于离散单元法的丝状颗粒相互碰撞（接触）传热模型，模型中综合考虑了颗粒形状因素以及颗粒碰撞过程中的相互接触面积等关键参数;最后又构建了不同固相浓度、不同风速条件下的颗粒与气体之间的对流传热和传质模型。数学模型的建立为研究丝状颗粒的传热传质特性提供了研究手段，并为数值实验得开展奠定了理论基础。\n 固定床和滚筒干燥实验装置的建立。基于卷烟原料干燥的工程应用背景，以叶丝这种细长柔性的丝状颗粒为研究对象，分别设计制造了固定床和滚筒干燥实验装置。固定床实验装置能够针对多种不同叶丝气流干燥的工况进行实验研究，其主要技术参数的设定范围与实际生产相接近;另外，本文还建立了小型滚筒干燥装置，可以实现对滚筒中颗粒平均温度的测量，而颗粒平均含水率仍然采用烘箱法进行测量。本装置所能调节的筒壁温度、滚筒转速、热风温度等技术参数范围与实际卷烟生产过程中的基本符合，可针对叶丝在滚筒横向截面的传热传质特性进行相关实验研究。经过多次测试调节，表明本文所设计的实验设备结构合理、运行可靠，测量方法可行，能够为具体实验研究提供稳定的运行条件。\n 丝状颗粒传热传质数学模型的验证。对于以颗粒-气体之间对流换热为主的固定床干燥过程，首先通过实验探讨了热风温度和表观气速等操作参数对颗粒热、质传递特性的影响，之后模拟了与实验相同工况条件下的固定床干燥过程，并将模拟结果与实验进行了对比分析;而对于以颗粒与高温壁面接触导热为主的滚筒横向干燥过程，起初在实验台上考察了筒壁温度、滚筒转速、热风温度的因素对颗粒传热传质特性的影响，接下来模拟了与实验相同工况条件下的叶丝温度和含水率随时间的变化，并将模拟结果与实验进行了对比。通过实验与数值模拟结果的对比表明:所建的丝状颗粒传热传质模型能够反映叶丝的温度、含水率等变化特征，模拟结果所展示的规律性与实验结果较为吻合，具有从细节上反映颗粒干燥过程中传热传质特性的能力，可为研究提供可靠分析各类传递信息的手段。\n 丝状颗粒在固定床中传热传质特性的研究。通过研究发现，固定床干燥过程中会相继经历预热段、等速干燥和降速干燥三个主要阶段，并且由于上部颗粒获取的热量相对较小，因而在干燥过程中会存在一个明显的等温阶段;颗粒温度上升的速度以及含水率下降的速度随着气流入口温度和表观气速的增加而提升，并且气流入口温度的因素相较于表观气速对丝状颗粒传热速率起了主导作用，而从传质速率的角度来看，表观气速的影响则要明显大于气流入口温度的影响;此外在验证了所建数学模型可行性的基础上，通过数值模拟可知，固定床中丝状颗粒温度和含水率的空间分布并不均匀，颗粒的温度大体上是随着床层高度的增加而降低，而含水率则是随着床层高度的降低而降低的;比较不同传热模式发现，对流换热在固定床传热过程中起了主导作用，随着气流温度的提高，对流换热量所占的比例有所降低，与此同时，颗粒与壁面、颗粒与颗粒之间的接触导热量却有所增大，不过变化的幅度不大;模拟还获取了不同颗粒厚度、导热系数以及物料水分扩散系数条件下，颗粒平均温度以及含水率随时间的变化规律。\n 丝状颗粒在滚筒横向截面

关键词：丝状颗粒传热传质特性干燥条件数学模型

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栅板蒸发式冷凝器传热传质特性及其节能应用研究

栅板蒸发式冷凝器传热传质特性及其节能应用研究

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作者：李元希华南理工大学

学位级别：博士

目前，世界能源日趋贫乏，节能成为我国经济发展的一项长远战略方针，也是解决当今能源问题的重要途径。空调制冷技术的使用越来越广泛，已成为世界上最主要的能源消耗之一，也是造成近年我国夏季用电瓶颈的最主要因素。蒸发式冷凝器是... 详细信息

目前，世界能源日趋贫乏，节能成为我国经济发展的一项长远战略方针，也是解决当今能源问题的重要途径。空调制冷技术的使用越来越广泛，已成为世界上最主要的能源消耗之一，也是造成近年我国夏季用电瓶颈的最主要因素。蒸发式冷凝器是一种高效节能节水换热设备，研究和应用蒸发冷却技术将带来巨大的经济和社会效益。本文利用数值模拟、实验研究与实际工程应用相结合的方法，研究了栅板蒸发式冷凝器中气液流动和传热传质的特性，并探讨了其在中央空调系统的节能应用。论文主要做了以下几方面的研究：\n （1）借助FLUENT软件建立栅板内、外流体流动的计算模型，研究栅板进、出口位置对栅板内流体速度场、压力场和温度场的影响；同时搭建栅板可视化研究实验平台，研究栅板结构、喷淋水量、空气流速与方向、纳米TiO2亲水涂层等因素对栅板外水膜流动的影响，结果表明：栅板内工艺流体采用对角进出比同侧进出时压力场、温度场分布更加均匀；当空气与水逆流时，由于空气的剪切作用，水膜平均厚度增加，湍动加剧；当空气与水并流时，水膜表面波动小，水膜厚度减薄，下降水膜会被空气“掠带”；当空气与水错流时，水膜表面被横向吹来的空气吹散，水膜厚度变薄，小量水膜被空气“吹脱”；特征尺寸大的波纹栅板容易在波纹谷底形成漩涡和造成水膜滞留；水膜的厚度随着流量的增大而增加，同时水膜内部的振荡加剧，但不影响其流动结构；当水量过小时，容易出现断裂现象，造成换热表面出现“干斑”；纳米TiO2亲水涂层可有效降低表面张力，促进水膜的均匀分布，减小了水膜厚度。\n （2）通过UDF（User Defined Function）加入空气-水相间传质源项，对竖壁空气-水错流的传热传质过程进行数值模拟，考察空气流速、相对湿度、液相流量、换热板的几何尺寸等对气液传热传质的影响，并得到气液界面换热量与壁面热流密度的关系，结果表明：空气相对湿度对竖壁气液传热传质的影响最大，冷却水流量影响最小；增大空气的流速，气液表面更新速率加大，气液两相的接触时间缩短，气液之间的传热传质过程得到了强化；增大流道的长度会导致空气与水之间的平均传热传质推动力下降；气液界面的传热量随着壁面热流密度的增大而增大，在进入系统的壁面热流中，35%以上的热量通过气液界面导致水分蒸发和空气温度的上升，其余的热量被液膜所吸收。\n （3）对栅板蒸发式冷凝器系统进行传热特性实验研究，探讨进口空气的流速和流向、喷淋水量、填料和纳米TiO2亲水涂层等因素对其传热特性的影响，结果表明：错流传热效果最好，逆流次之，并流最差；蒸汽采用对角进出比同侧进出的换热效果好；加入填料可有效降低循环冷却水的温度，水温降低了1．2～2．3℃；通过纳米TiO2亲水涂层对换热表面进行改性，减小表面张力，增加板表面的亲水性，可以强化栅板的传热过程，热流密度平均增大2．1%；在气液错流实验研究结果的基础上，对水膜和空气对流传热系数αα、水膜传热系数αw和传质系数αm进行了实验数据回归，为栅板蒸发式冷凝器的工程设计和性能优化提供依据。\n （4）在配置余热及冷凝水回收系统的基础上，建立栅板蒸发式冷凝节能空调综合性能实验装置，通过实验测试空调系统的性能，寻求机组运行的最佳条件，包括蒸发式冷凝器的合理风量、水量、湿球温度以及栅板蒸发式冷凝器与制冷系统其它三大件的合理集成、余热及冷凝水回收的方法及价值。结果表明：湿球温度每增加1℃，栅板蒸发式冷凝器排热性能下降4．8%左右，而排热效率提高0．72%左右；对于分别采用栅板和圆管的蒸发式冷凝空调制冷机组进行实验对比，栅板的效果比传统圆管好，Qo平均增幅约9．3%，PL的平均降幅约5．4%，压缩机功耗平均降幅约7．3%，EER平均增幅约9．9%，COP的平均增幅约8．1%；对空调系统性能的影响最大的是湿球温度，其次是进口空气流速，最后是喷淋水密度；在本实验范围内，制冷机组的最佳性能体现在Γ=0．21 kg·m-1·s-1，uG，in=3．5m·s-1；采用余热和冷凝水回收的空调制冷系统，可以使制冷量增大，系统能效比和COP升高，EER平均增幅约20．7%，COP的平均增幅约17．2%。\n （5）通过对比分析蒸发式冷凝制冷系统和常规制冷系统的异同，将自主开发的栅板蒸发式冷凝空调制冷机组应用于广州市某公共建筑节能示范项目中，通过具体改造工程来分析蒸发式冷凝制冷系统的节能潜力。研究结果表明：采用蒸发式冷凝空调制冷机组可降低机组的冷凝温度，减少冷却水循环量和冷却水泵扬程，从而降低冷却水泵能耗；通过对空调制冷系统改造工程的节能分析，得出了采用蒸发式冷凝空调制冷机组替代原有的常规制冷机组，其节能率为15．5%。\n 本文的研究结果不仅为栅板蒸发式冷凝器在空调领域及其在其他制冷系统的应用提供了可靠的理论、实验数据和技术支持，而且丰富了蒸发冷却技

关键词：栅板蒸发式冷凝器传热传质特性数值模拟节能应用

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膜蓄能器放能过程传热传质特性研究

膜蓄能器放能过程传热传质特性研究

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作者：刘振青岛大学

学位级别：硕士

蓄能是提高小型太阳能溴化锂吸收式制冷系统工作稳定性的有效措施。在蓄能技术中，浓度差蓄能是将热能以溶液化学势能的形式储存起来，储存过程中不会因蓄能器与外界的热量交换而造成能量损失，几乎可以做到无损蓄能，是太阳能溴化锂吸... 详细信息

蓄能是提高小型太阳能溴化锂吸收式制冷系统工作稳定性的有效措施。在蓄能技术中，浓度差蓄能是将热能以溶液化学势能的形式储存起来，储存过程中不会因蓄能器与外界的热量交换而造成能量损失，几乎可以做到无损蓄能，是太阳能溴化锂吸收式制冷系统的最佳蓄能方式。膜蓄能器在蓄能过程中可以允许溶液结晶，从而提高蓄能密度，对减小蓄能装置体积，降低制冷系统的结构复杂性具有重要意义。　　利用膜蓄能器传热传质实验测试系统对蓄能器在放能过程中的传热传质动态特性进行了实验研究，并建立了膜蓄能器传热传质的三维数学模型，通过实验数据与模拟数据分析比较，膜蓄能器放能过程中水蒸汽分子传质质量最大误差5.29%，溶液平均温度最大误差12.74%，数学模型的准确性得到了验证，并以此作为研究工具分析了蓄能器内部结构参数对传质性能的影响。主要结论如下：　　微孔膜内部的传质方式与微孔孔径大小、传质分子的平均自由程以及热力学操作条件有关，单一的扩散机制在实际中往往并不存在。利用膜蓄能器传热传质实验测试系统，对水蒸汽分子在微孔膜内部的传质机制进行了降压式膜蒸馏实验测试，在设置条件下推测微孔膜内部的传质过程属于Knudsen扩散——Poiseuille流动过渡模型，其中Knudsen扩散占据主导作用。　　提高溴化锂溶液的初始浓度和水的蒸发温度，能有效提高膜蓄能器在放能过程中的水蒸汽分子传质速率;65%浓度的溶液在温度发生变化时，水蒸汽分子的传质速率随溶液初始温度的升高而降低，70%浓度溶液的传质速率却与之相反。原因在于：温度升高会使溶液的水蒸汽分压力增大，导致传质过程的压差减小，从而影响传质速率，而在室温范围内，70%浓度的溴化锂溶液其水蒸汽分压力随温度的变化微乎其微，但是，温度升高提高了水分子在溶液内部的扩散能力，促进了溶液内部传质过程。同时，对膜蓄能器的传热传质机理进行了分析，　　模拟结果表明，增大蓄能器内部的纤维膜填充密度能提高水蒸汽分子的传质速率，而且与正方形分布相比，纤维膜管束呈三角形分布时传质速率更好。在填充密度一定时，提高膜通道有效长度可以提高水蒸汽分子的传质速率，但由于水蒸汽分子在膜通道内不断跨过膜材料被外侧溶液吸收，长度方向上的水蒸汽分子数量逐渐减少，单位膜表面积上的平均传质速率降低。

关键词：膜蓄能器中空纤维膜溴化锂传热传质特性

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太阳照射下圆环状吸附床传热传质特性的数值模拟

太阳照射下圆环状吸附床传热传质特性的数值模拟

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作者：高东东北京工业大学

学位级别：硕士

近些年来，作为一种新型的绿色制冷技术，太阳能吸附制冷由于其对太阳能的利用减少了传统能源的消耗、对环境的无污染性以及小型化的特点，符合了当前能源与环境协调发展的总趋势，因此受到众多研究者的青睐，也取得了令人瞩目的成绩。\... 详细信息

近些年来，作为一种新型的绿色制冷技术，太阳能吸附制冷由于其对太阳能的利用减少了传统能源的消耗、对环境的无污染性以及小型化的特点，符合了当前能源与环境协调发展的总趋势，因此受到众多研究者的青睐，也取得了令人瞩目的成绩。\n 在整个太阳能吸附制冷系统中，太阳能的利用以及吸附床内部的传热和传质特性对整个吸附制冷系统的性能有着很大的影响。本文主要从两个方面来对太阳能吸附制冷系统的性能进行研究:一是基于新型金属-玻璃真空集热管的吸附床结构，建立了太阳照射下真空管吸附床的二维导热模型，通过计算机仿真软件FLUENT研究了不同冷却边界条件下吸附床内部温度的变化规律以及不同的真空管直径和不同的冷却铜管直径对吸附床内热量传递情况的影响;二是对圆管型集热管吸附床在填充材料为硅胶，制冷剂为水蒸气的吸附过程中传热和传质过程进行了数值模拟分析。文中建立了新型圆管型集热管的二维传热传质模型，采用FLUENT软件对吸附过程中不同冷却条件对吸附床内部的温度、压力及吸附量的影响进行了模拟。同时，分析了吸附过程中不同床层空隙率和不同蒸发温度条件下吸附床内部平均温度及平均吸附量随时间的变化。模拟结果表明在吸附过程刚开始的时候吸附床温度有一个快速的上升，达到最大值之后开始缓慢下降。吸附量则是呈现一种半抛物线的走势，在刚开始时吸附速率较大，之后逐渐减小，最终基本保持不变。床层空隙率的增大在一定程度上增大了吸附量。蒸发温度的增加也会引起吸附床吸附量的增加。\n 在吸附过程中，吸附剂导热性能和冷却条件的优劣对吸附床的温度和吸附量有着很大影响，增大吸附剂材料的导热系数以及优化吸附床的结构从而强化吸附床内的换热已经成为当务之急。

关键词：圆环状吸附床传热传质特性太阳照射吸附量

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滚筒烘丝机内烟丝传热传质特性数值模拟研究

滚筒烘丝机内烟丝传热传质特性数值模拟研究

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作者：张鑫东南大学

学位级别：硕士

干燥是一种传统的操作工艺，应用领域十分广泛。随着经济发展水平的不断提高、生产加工过程的需要，干燥技术被更广泛的应用于木制品的生产、食品的加工、粮食的存储、药品的制造等各个行业，现已成为国民经济发展中不可或缺的生产手段... 详细信息

干燥是一种传统的操作工艺，应用领域十分广泛。随着经济发展水平的不断提高、生产加工过程的需要，干燥技术被更广泛的应用于木制品的生产、食品的加工、粮食的存储、药品的制造等各个行业，现已成为国民经济发展中不可或缺的生产手段。虽然干燥技术历史悠久，但由于传热传质问题本身的复杂性，对干燥过程的研究一直落后于生产应用，特别是对茶叶、烟丝等这类丝状颗粒物料干燥过程的研究就更鲜于报道了。与此同时，随着人们对此类产品品质要求的不断提高，迫切需求一套更加先进的干燥方法来指导生产，因此，烟丝的干燥技术成为当下研究的热点和难点。\n 干燥的主要目的是为了去除物料中的水分，将热量传递给物料并使水分从内向外转移是干燥的基本过程，因此，干燥技术的核心问题是热、质的传递与转移。在烟丝干燥领域，由于烟丝制品的特殊性以及干燥所用设备——滚筒烘丝机，使得干燥过程受多种因素的综合影响，比如运行方式、加热方式、干燥气流参数等，烟草加工企业对滚筒烘丝机内烟丝传热传质特性缺乏深层次的认识，目前的操作基本上是按照经验和惯例进行，不利于深入发展，而传统的实验研究方法则会遇到工作量、财力方面的困难。\n 随着计算机技术的发展及多相流动理论的完善，数值模拟方法日渐成为研究滚筒烘丝机内烟丝传热传质问题的有效途径，该法具有成本低、效率快、准确性高等优点，并可配合生产及实验进行研究，详细揭示干燥过程中烟丝含水率、温度的变化规律，为实际生产带来一定的指导。因此，为了研究滚筒烘丝机内烟丝传热传质特性及烟丝颗粒运动状态与停留时间等问题，本文通过计算机数值模拟的方法，依照干燥基本原理、传热传质学、气固两相流动等理论，对烟丝在滚筒烘丝机内的传热传质过程建立了质量平衡方程、传质方程、传热方程、能量平衡方程等，并对稳定段建立了描述颗粒运动与碰撞的软球模型，分析研究了滚筒烘丝机内烟丝颗粒的传热传质特性、烟丝颗粒的停留时间与其影响因素的关系等问题，编程开发了“滚筒烘丝机数值模拟系统”，便于日后人员应用。获得了以下结论:\n (1)当烟丝与干燥气流在滚筒内的运动方向一致时（顺流情况下），烟丝干燥过程存在着比较明显的两个阶段:预热段与恒速段。在预热段，烟丝含水率下降速度相对较慢，传质进程较弱，同时，烟丝温度急剧上升，可达60℃以上;在恒速段，传质进程明显加强，烟丝含水率近乎线性下降，而温度平缓上升，最终约为75℃左右。\n (2)当烟丝与干燥气流在滚筒内的运动方向相反时（逆流情况下），烟丝干燥过程存在着比较明显的三个阶段:预热段、恒速段、降速段。在预热段，烟丝并没有被干燥，反而吸湿，含水率上升，同时升温剧烈，但该阶段持续时间较短;进入恒速段后，滚筒内部的传质过程非常强烈，烟丝含水率急剧下降，温度稍有下降后回升;在降速段。烟丝含水率仍在降低，但趋势平缓，温度仍在逐步上升，最终可达70℃左右。\n (3)滚筒筒壁温度是影响烟丝传热传质特性的重要因素，本文模拟了不同壁温度(120℃、130℃、140℃)对烟丝传热传质特性的影响。结果表明，壁温对烟丝含水率、温度的影响均较明显。随着筒壁温度的提高，同一时刻烟丝含水率降低，烟丝温度升高，三种情况下烟丝最终的含水率相差2％以上，温度相差5℃左右。\n (4)干燥气流参数在一定程度上也影响着烟丝的传热传质特性。不同气流流速、不同气流初始湿度对烟丝传热传质特性的影响并不明显，但气流初始温度对烟丝传热传质特性的影响较大，在气流初始温度为80℃、85℃、90℃三种条件下，温度越高，同一时刻烟丝含水率越低，温度也越低，三种情况下烟丝最终的含水率相差2％以上，温度相差10℃左右。\n (5)热量流向及分配的计算结果显示，烟丝干燥过程中，水分汽化潜热的需求量最大，占到总需热量的47％左右，其次是干烟丝升温需要的热量，约为32％，其他热量需求约为20％左右。滚筒内热量的传递过程绝大部分发生在了筒壁与烟丝之间，筒壁向烟丝传递的热量占据了向烟丝总传热量的95％以上，而气流传给烟丝的热量不足5％，说明在滚筒中，烟丝热量的来源几乎全是筒壁，烟丝获得热量的主要方式是与筒壁及抄板的接触导热，气流只是起到加速传质、带走水分的作用。\n (6)影响烟丝颗粒在滚筒内停留时间的主要因素有滚筒倾角、滚筒转速、抄板角度等。停留时间随倾角的增加、转速的提高、抄板角度的减小而缩短，其中，倾角是影响停留时间的主要因素。当倾角从3°变化到7°时，停留时间缩短了5min左右，当转速从7r/min变化到13r/min时，停留时间缩短了2.5min左右，当抄板角度从45°变化到90°时，停留时间缩短了2.5min左右。\n (7)由于开展实验的困难性，模拟结果无法获得更多实验数据的佐证，但与现有实际生产及经验值吻合良好，虽然存在一定差距，但总体趋势一致，证明了所建数学模

关键词：滚筒烘丝机烟丝干燥传热传质特性数值模拟颗粒运动

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顺流式滚筒干燥器内丝状物料的传热传质特性研究

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干燥技术与设备 2014年第2期12卷 7-16页

作者：张鑫袁竹林东南大学能源与环境学院南京210000

干燥是大多数农副产品、食品等加工过程中必不可少的环节,干燥即加热去湿过程,伴随着热质的传递与交换。在烟草行业,烟丝干燥是制丝工艺中的一道关键工序,最常使用的设备是滚筒烘丝机。由于传热传质问题本身的复杂性,以及干燥过程受温... 详细信息

干燥是大多数农副产品、食品等加工过程中必不可少的环节,干燥即加热去湿过程,伴随着热质的传递与交换。在烟草行业,烟丝干燥是制丝工艺中的一道关键工序,最常使用的设备是滚筒烘丝机。由于传热传质问题本身的复杂性,以及干燥过程受温度、风速等众多因素的影响,关于滚筒内烟丝传热传质特性的认知还不够深入。为了研究烟丝与气流在顺流流动情况下,滚筒烘丝机内烟丝的传热传质特性,本文基于传热传质学、多相流动等相关理论,建立起滚筒内的传热传质数学模型,通过计算机数值模拟方法,分别研究了不同加料量、壁温、气流流速条件下烟丝的干燥过程。研究结果表明:加料量对烟丝含水率、温度的影响比较明显;壁温是影响烟丝传热传质特性的关键因素,壁温大小直接决定着烟丝含水率及温度的高低;气流流速对烟丝传热传质特性也有一定的影响,且流速在0.2～0.6m/s范围内存在一极值点,使得烟丝最终含水率随流速的增加先下降后略有上升。

关键词：烟丝干燥传热传质特性数值模拟

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