污泥热风干燥对流传质系数的估算及误差分析

发布时间：2017-07-01 01:16

  本文关键词：污泥热风干燥对流传质系数的估算及误差分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：准确估算热风干燥对流传质系数对传热传质过程新设备开发、已有设备性能优化起着关键作用。由于物料表层局部干基含水率难以测定,目前对热风干燥对流传质系数的研究集中于通过干燥法称取的物料平均干基含水率估算,或者测量物料表层热空气平均干基含水率计算。物料厚度较大时,平均干基含水率与表层局部干基含水率差距较大；降速干燥阶段热空气干基含水量下降迅速,难以记录。据此估算的热风干燥对流传质系数误差较大,在机械设计、优化中不能得到推广。针对传统计算方法的缺陷,本文以薄饼污泥为研究对象进行热风对流干燥试验,选取两种干燥模型估算热风干燥对流传质系数,并对其产生的误差进行分析。首先,对不同干燥工况,试样厚度5mm、10mm和15mmm,干燥温度40℃、50℃C60℃,空气流速1.1m/s、3.1/m/s和5.1m/s的薄饼污泥进行热风对流干燥试验。观察拟合干基含水率与试验干基含水率的拟合程度,分析定义法估算的干燥速率与拟合干燥曲线求导的干燥速率的吻合程度。结果表明：试验干基含水率与拟合干基含水率吻合较好,拟合干基含水率可用于估算热风干燥对流传质系数；对拟合干燥曲线求导得出的干燥速率具有瞬时性,比定义法估算的某个时间段内的干燥速率准确。接着,通过逆问题求值法和直接计算法估算薄饼污泥的热风干燥对流传质系数,且进行误差分析。逆问题求值法对菲克第二扩散定律逆向求解,比较薄饼污泥热风干燥试验数据与数值模拟计算结果,确定薄饼污泥表层局部干基含水率,联合平均值理论对不同干燥工况下的热风干燥对流传质系数进行迭代估算。直接计算法以拟合平均干基含水率代替薄饼污泥表层局部干基含水率计算热风干燥对流传质系数。结果表明：逆问题求值法估算的热风干燥对流传质系数在5.5×10-6m/s—2.9×10-5m/s之间,较为准确。直接计算法估算的热风干燥对流传质系数偏小,在6.9×10-8m/s—4×10-7m/s之间。产生误差的原因是替代薄饼污泥表层局部干基含水率的拟合平均干基含水率偏大,致使直接计算法算式的分母偏大,导致热风干燥对流传质系数偏小。其次,对热风干燥对流传质系数的影响因素进行了分析。结果表明：热风干燥对流传质系数不受试样厚度、干燥温度和空气流速的影响。外部干燥条件不能通过对干燥速率的影响控制热风干燥对流传质系数的大小。
【关键词】：对流传质系数 逆问题求值法 直接计算法 误差
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 热风干燥对流传质系数的估算研究现状13-19
• 1.2.1 试验数据采集方法13-17
• 1.2.2 试验数据处理方法17-19
• 1.3 估算热风干燥对流传质系数的技术19-20
• 1.3.1 干燥技术19-20
• 1.3.2 干燥法20
• 1.4 影响热风干燥对流传质系数的因素20-21
• 1.5 选取研究对象21-22
• 1.6 本论文研究内容以及目标22-24
• 1.6.1 研究内容22
• 1.6.2 研究目标22-24
• 第二章 热风干燥对流传质系数估算理论基础24-36
• 2.1 水分活度24-25
• 2.2 物料含水率25-26
• 2.3 干燥速率26-28
• 2.4 干燥常数28-29
• 2.5 有效水分扩散系数29-32
• 2.5.1 有效水分扩散系数的测量30-32
• 2.5.2 有效水分扩散系数的影响因素32
• 2.6 空间区域离散化32-34
• 2.7 控制方程离散化34-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第三章 热风对流干燥试验36-54
• 3.1 热风对流干燥试验36-40
• 3.1.1 试验设备36-38
• 3.1.2 试验材料38-39
• 3.1.3 试验方案39-40
• 3.2 试验结果分析40-52
• 3.2.1 干燥特性分析40-42
• 3.2.2 两种干基含水率对比分析42-44
• 3.2.3 干燥速率曲线图分析44-49
• 3.2.4 两种干燥速率对比分析49-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 热风干燥对流传质系数的估算及误差分析54-76
• 4.1 薄饼污泥干燥模型54-58
• 4.1.1 干燥模型的建立54-56
• 4.1.2 逆问题求值法干燥模型56-57
• 4.1.3 直接计算法干燥模型57-58
• 4.2 逆问题求值法干燥模型的计算方法58-59
• 4.2.1 空间区域的离散化58
• 4.2.2 理论模型的离散58-59
• 4.3 热风干燥对流传质系数的估算结果及分析59-68
• 4.3.1 逆问题求值法59-64
• 4.3.2 直接求值法64-68
• 4.4 两种模型估算热风干燥对流传质系数的误差分析68-73
• 4.4.1 逆问题求值法模型的验证68-70
• 4.4.2 两种模型的对比70-73
• 4.5 薄饼污泥热风干燥对流传质系数的影响因素73
• 4.6 本章小结73-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 5.1 总结76
• 5.2 展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-86
• 附录A：攻读硕士学位期间发表学术论文86-88
• 附录B：薄饼状污泥的相关数据88-95

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