种子干燥过程中水分迁移的传热传质机理

运用工程热物理和种子生物学科交叉的研究方法,对白菜种子进行干燥动力学实验的同时做了种子的生理实验研究。研究结果表明,干燥条件略有不同就可在种子内部造成不同的水势梯度,同时一定频率与振辐的振动亦能使种子内部毛细孔中水分的流动阻力减小而有利于传质,但传质的优劣则取决于外界的传热条件,这为干燥动力学的研究确定优化的供热方案提供了理论基础与技术依据。     

“新型高效干燥过程的超常传热传质研究”取得显著成果

由中国科学院工程热物理所刘登瀛研究员主持,中国科学院工程热物理研究所、东南大学和天津大学共同承担的国家自然科学基金‘九五’重点项目“新型高效干燥过程的超常传热传质”根据计划任务书的要求,4年来进行了多方面的深入研究,全面完成了研究计划,在以下几方面取得了一批有重要科学意义和应用前景的基础性创新成果:     

粒状物料干燥过程中的传热传质分析

建立了粒状物料干燥过程中传热传质数学模型，并采用数值方法进行了处理，该模型能较好地预测干燥过程中物料的含湿量及温度等的变化。模型计算结果与实验结果吻合良好。     

蜜枣对流干燥传质特性的研究

分析了影响蜜枣传质特性的因素.对蜜枣在间歇干燥过程中间歇前后的干燥速率进行了对比,得出了蜜枣对流干燥的最佳工况,建立了蜜枣干燥的数学模型,其模型与试验结果吻合较好.     

对撞流干燥的传热传质特性

对对撞流的传热传质过程进行了理论分析 ,论证了对撞流这一干燥形式强化传热传质过程的原理。设计了同轴对撞流干燥器 ,进行了对撞流强化传热传质过程的试验验证 ,总结了对撞流强化传热传质的特点和影响传热传质的因素     

蜜枣太阳能对流干燥特性的研究

以实验为基础从理论上分析了影响蜜枣太阳能对流干燥特性的因素,探讨了难干物料密枣在间歇干燥时传热传质特性的规律,并建立了相应的干燥数学模型     

ACRT强迫对流对定向凝固过程传热传质的影响

计算模拟了采用加速坩埚旋转技术的Bridgman法(ACRT-B)碲锌镉单晶体生长过程,以流函数图清晰地展示了晶体生长过程中固液界面前沿对流的周期性变化,以等温线图展示了界面前沿熔体温度场的变化,以等浓度线图展示了晶体内的组分偏析.计算结果表明:强迫对流显著提高了熔体中溶质分布的均匀性,可得到均一的熔体浓度场.强迫对流显著增加了固液界面凹陷深度.与不施加ACRT相比,强迫对流增加了晶体内溶质成分的轴向偏析,显著减小了径向偏析.     

冷冻干燥升华过程数学模型传热传质机理

提出冷冻干燥升华过程主要由传热控制和传质过程两阶段组成，分析认为升华过程是传热传质的逆过程，并得出该过程的合理工艺条件，即物料表面的加热温度和干燥箱内真空度的变化规律。     

离心流化床中多孔介质干燥的传热传质研究

通过对典型的多孔湿物料在离心流化床中干燥过程的理论分析,将含湿多孔介质传热传质过程和物料与气流之间的外部传递过程相耦合,导出了离心流化床的控制方程组,在此基础上,可以对离心流化床中湿物料的干燥过程进行数值模拟。     

多孔介质对流干燥过程数值模拟

为研究含湿毛细孔介质干燥过程的相变现象,建立了相变的传热传质数学模型.模型中以残余饱和度将多孔介质划分为湿区与干区,湿区和干区以“蒸发界面”动态边界相互耦合.用有限差分方法对多孔介质一维干燥过程进行了计算,数值解表明:干区是等速干燥与降速干燥的分界点;干燥初期多孔介质压力升高,温度下降;随后在等速干燥段温度分布保持不变,在出现干区时再度升高.干区出现的初期,蒸发界面向多孔介质内部推进的速度较慢,在到达介质厚度10%左右时出现转折,随后推进速度加快.     

高温气流干燥氧化铝对流传热传质分析

基于两相流理论,提出了一个描述含湿氧化铝颗粒气流干燥过程的一维数学模型.模型考虑了干燥管内气固两相间的传热和传质、气固两相温度和含湿量的变化.利用Bird等所提出的努赛尔数经验公式对该气流干燥模型进行了数值计算,得到了含湿氧化铝颗粒在不同气流干燥条件下的干燥曲线.整个干燥过程的数值模拟结果与实验数据吻合得很好,可以用来预测含湿氧化铝颗粒的干燥湿度.另外,对固气比、气流温度以及气流速度对颗粒湿度沿干燥管高度变化的影响也作了计算和分析,结果表明固气比和气流温度对颗粒湿度的变化影响较大.低固气比、高气流入口温度,干燥过程颗粒湿度变化大,有利于颗粒干燥.而气流速度对颗粒湿度变化的影响则可忽略不计.     

多孔材料中热质传递特征的分析

对多孔纤维材料中流体渗流的特性进行了分析.根据特定初始条件和边界条件,推导出了温度和压强的解析模型,分析了棉和涤纶两种纤维材质中液体渗流压强随着时间的变化趋势.通过对比多孔材料中流体温度的计算结果与实验结果,验证了模型的有效性和实用性.     

流向电磁力作用下圆柱绕流对流换热的特性研究

以往对对流换热的研究主要从传热学和来流速度角度进行,鲜有对电磁力作用下圆柱绕流对流换热效率进行的研究,而这些研究恰恰关系到对流传热效率的提高.基于对流换热的能量方程和电磁流体控制的基本控制方程,利用有限元法对电磁力控制绕流圆柱对流换热特性进行了数值分析.研究结果表明:在圆柱周围施加流向电磁力后,流向电磁力的作用参数0N≤0.8时,传热功率随电磁力增大而增大;当0.8N≤1.8时,传热功率随着电磁力增大而变小;N1.8时,传热功率随电磁力增大不断变大.通过分析流体的流动情况,发现产生这种结果是由于随着电磁力增大,圆柱周围流体流速增大的同时,涡街逐渐被抑制,分离点不断后移,致使对流换热功率出现这样的变化规律.     

一维非稳态对流换热问题的数值解

研究了一维非稳态对流换热问题的数值解方法。结果表明、显式格式步长与几何步长有一最佳匹配问题。是式格式适合于计算瞬态过程，而隐式格式适合于计算准稳态过程。     

煤粉加压气化炉膜式螺旋管和蛇形管对流传热特性研究

对煤粉加压气化炉对流段的不同换热结构进行了换热特性的实验研究,其中换热结构包括膜式螺旋管环形通道换热器和膜式蛇形管平行通道换热器,实验气体为单质气体N2、He及其混合气,实验压力为0.5～3.5MPa.为此,针对不同冲刷形式、不同气体和压力提出了换热器换热系数及其扩展的计算方法,同时给出了典型冲刷形式的对流换热的关联式和适用条件.实验研究表明:冲刷形式对换热系数有很大影响,单通道和多通道换热系数与换热面积之间呈加权平均的关系;在相同换热条件下,膜式螺旋管环形通道换热器的换热系数高于膜式蛇形管平行通道换热器.     

液黏离合器摩擦副对流换热系数数值模拟研究

为了预测液黏离合器的温度场分布及热负荷特性,通过数值模拟研究求得摩擦副散热面的对流换热系数。应用计算流体动力学软件CFX建立了摩擦副流固耦合有限元模型,获得了摩擦副的温度场分布,综合考虑换热表面形状、摩擦片转速、油液流速和入口压力、流体物理性质等因素,揭示了各因素与对流换热系数之间的内在联系。结果表明：摩擦副温度从内径到外径逐渐升高,菱形区域中心温度比四周高。摩擦片转速越大对流换热系数越大;油液黏度越小,入口压力越大,对流换热系数越大。可见,油液流速对换热系数的影响最为显著;摩擦片转速、油液的入口压力和黏度会改变流速及流体的运动状态,从而影响对流换热系数。     

玉米低温干燥的数学模拟

建立了一个玉米低温干燥的数学模拟程序，主要包括传热传质和霉变两部分。模拟的基本方法即将深床谷物等分为一系列薄层，将干燥时间等分为一系列时间间隔。同时在纯平衡模型的基础上，引入了薄层干燥与薄层湿化方程，考虑谷物与气流间的状态不平衡；引入吸湿平衡含水的质量分数方程，以考虑解析与吸湿间的滞后效应。模拟结果表明，该程序基本有效。     

激光散斑照相在对流换热研究中的应用

详细地介绍了激光散斑照相技术在对流换热研究中的应用。给出了适用于该研究的６种不同的激光散斑照相实验系统和两种散斑图的再现方法。描述了利用激光散斑照相测量两维温度场与轴对称温度场的基本原理和实验数据定量处理的数学表达式．最后探讨了考虑流场的三维特性后，如何利用激光散斑照相技术测量传热表面的热流量。