Vol.20 No.5 准秀兰等：粒状物料干燥过程中的传热传质分析 ·485· 物料颗粒平均含湿量： (7 物料颗粒平均温度： 元影0 (8) 其中：T,为气体温度；h为汽化潜热；c为水蒸汽的定压比热容；R为物料颗粒半径，V,为物料 颗粒体积；A,为物料颗粒表面积；M,为物料颗粒第j层的含湿量，T,为物料颗粒第层的温度； 1为导热系数；x为时间；D为扩散系数. 2数值处理方法 由于物料干燥过程中热质传递过程的相合耦合作用，以及物性参数随干燥过程的变化而 变化，使整个问题的数值方法复杂化.为此，采用全隐格式的差分方法对传热传质微分方程组 进行求解，以保证计算结果的稳定性；又由于颗粒的平均温度及平均含湿量的求解公式为积 分形式，所以采用复合辛普生法进行求解，以提高计算精度， 3结果与讨论 本模型可以用于预测各种粒状物料 的干燥过程，这里主要介绍对1组流化床 大麦干燥实验的模拟计算.其实验装置如 图1所示.干燥器为截面积1m×0.2m,高 0.8m的矩形卧式流化床，沿其长度方向 将其分为4段，实验时只用了其中的1段， 分布板开孔率为9.0%；加热装置由4组3k W的电热管及1个风箱组成；供风系统采 4 用现有的18kW可调风量的风机及送风 管道；测量装置有天平，数字热电偶、干湿 图1流化床谷物干燥实验装置系统示意图 球温度计、皮托管、U型管、烘干炉等. 1-风机：2-流量调节阀；3-加热箱；4电热管；5U型管 (1)实验条件.静态床层高度为0.29 6送风阀；7-压力测试孔；8-温度测试孔：9-压力及温 m,人口空气温度为58~70℃，入口空气 度测试孔：10-流化床；11-隔板：12布风板；13-风箱； 绝对湿度为1kg干燥空气中含水 14-放气阀 0.0092kg水，空气流速为1.86~1.62m/s,1kg大麦初始含湿量为含0.1834kg水，大麦颗粒平 均当量直径为0.004m. (2)物性参数 大麦的导热系数： 2,=0.14+0.68M,(W/(m·℃) (9) 质扩散系数： D,=a·exp(B·M)(m2/s) (10) 其中：a=a1·exp(T,·aB=B,·expB2·(T,-f,)];a,=0.32×1012;a2=4.35×10-1, 61=17.1,β2=-1.8×104,63=77.2. (3)比热容 C=c=+cpw·M(J/(kg·℃) (11) 其中：cp:为干物料的定压比热容；cpu为水的定压比热容.V of . 2 0 N 心 . 5 淮 秀兰等 : 粒状物料 干燥过程 中的传热传质分析 . 4 8 5 . 、产少. ù了一J 汉à 矛产.、了龟 一尺3 物料 颗粒平均含湿量 一 : 又 一 壳丁孙 ·恤 j d · J 。 r 似 , , u r 物料 颗粒平均 温度 : 兀 典{ R 夏J r Z T d r 吕 J 其中 : 几为气体温度;h f g为汽化潜 热 ; 气 、 为水蒸汽 的定 压 比热容 ; R : 为物料 颗粒半 径 , K 为物 料 颗粒 体积;A .为物 料颗粒 表 面积;城 j 为 物料 颗粒 翔 层 的 含 湿量 , 兀 ,为物 料 颗粒均 层 的温 度 ; 几为导热系数 ; r为时 间; D 为扩散系数 . 2 数值处理方法 由于物料干燥过程 中热质传递过程 的相合 藕合 作用 , 以及 物性 参数 随干燥 过程 的变化 而 变化 , 使整个问题的数值方法复杂化 . 为此 , 采用全 隐格式 的差分方 法 对传热传质微分 方程 组 进行求解 , 以保证计算结果 的稳定性 ; 又 由于 颗粒 的 平 均温 度及 平 均含 湿量 的求解 公式为积 分形式 , 所 以采用复合辛普生法进 行求解 , 以 提 高计算 精度 . 3 结果与讨论 本模型可 以用于 预测各种粒 状 物料 的干操过程 , 这里主要介绍 对 1 组流化 床 大麦干燥实验的模拟计算 . 其实验装置 如 图 1 所示 . 干燥器为截面积 1 m x .o Z m , 高 0 . 8 m 的矩形 卧式流化 床 , 沿其 长 度方 向 将其分为4 段 , 实验 时只用 了其 中的 l 段 , 分 布板开孔率为.9 0% ; 加热装 置由4 组 3 k W 的电热管及 1个 风箱组 成 ; 供风 系统采 用 现 有 的 18 k w 可调 风量 的风 机 及送 风 管道 ; 侧量装置有天平 、 数字热电偶 、 干湿 球 温度 计 、 皮托管 、 U 型管 、 烘 干炉 等 . ( l) 实验条 件 . 静 态床层高度 为 .0 2 9 m , 人 口 空气温 度为 58 一 70 ℃ , 入 口 空气 绝 对 湿 度 为 I k g 干 燥 空 气 中 含水 0 . 0 0 9 2 吨水 , 空气 流速 为 1 . 5 6 一 1 . 6 2 耐 s , l 均 当量直径 为.0 0 4 m . (2 )物性参数 . 大 麦 的导热系数l2] : 又 s = .0 14 质扩 散系数2I] : D s = a · 其 中: a = a , · e x (P 双 · a Z ) : 月= 声 , · e x p叨 2 口 , = j l 7 · l , P Z = 一 1 . 8 X 10 一 ` , 月 。 = 7 7 . 2 . ( 3 ) 比热容 . c : = , + 称 w 9 l / / } I } } I 至土 且 上止 图 1 流化床谷物干燥实验装置系统示意图 l es风机 ; 2一流 t 调节阀 ; 3一加热箱 ; -4 电热管 ; -S U型管 企送风 阀 ; -7 压力测试孔 ;卜温度测试孔 ; 9一 压力及温 度测试孔 ; 1卜流化床 ; 1 1一 隔板 ; 1 2 es布风板 ; 13 e风箱 ; 1-4 放气阀 k g大麦 初始 含 湿量 为含 0 . 1 83 4 k g 水 , 大麦 颗粒 平 + 0 . 6 8 Ms e x p价 · Ms ) · ( 双一 吞 飞 ) , ] (W / ( m · ℃ )) (m , / s ) : a 一 o · 3 2 X 10 一 12 ; a Z - (9 ) ( 10 ) 4 . 3 5 x 1 0 一 12 , Ms ( J / (k g · oC ) ) ( 11 ) 其 中二“ , s 为干 物料 的定压 比热容 ; 。 , w 为水的定压 比热 容 ·