基于多孔介质热质传递的褐煤干燥动力学数值模拟
发布时间：2021-03-23 04:20
以热风或水蒸汽为干燥介质的蒸发干燥脱水工艺仍然是目前褐煤干燥最为广泛的应用形式。通过对褐煤蒸发干燥过程动力学的系统研究,可以了解褐煤在干燥过程中的干燥行为,有助于实现对以节能降耗为目的的褐煤工业化干燥过程调控。本文以多孔介质热质传递理论为基础,通过褐煤水分赋存分类和物性特征研究,构建褐煤干燥过程动力模型,研究了褐煤干燥特性及其过程热湿迁移规律。褐煤水分赋存状态研究。基于低温结晶特征差异褐煤内部水分赋存可以分为自由水、束缚水和不冻水。小龙潭（XLT）和胜利（SL）褐煤的束缚水含量分别为0.179和0.193g/g干煤,不冻水含量分别为0.330和0.267g/g干煤。在干燥过程中,褐煤内部水分蒸发脱除满足先自由水后束缚水的顺序。通过褐煤对水蒸气吸附研究表明,褐煤属于吸湿性多孔介质范畴,煤水分同环境湿度间数学关系通过Henderson模型予以描述。褐煤水分同时可分为单分子层水、多分子层水和毛细凝聚水。XLT和SL褐煤单分子层水含量分别占不冻水含量的22.8%和28.2%。通过激光闪射法和微量热法两种测试手段相结合获取在干燥温度区间内褐煤固有热物性参数值及其随温度、水分含量及褐煤本体物理结构...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
干燥过程中多孔介质内部热质传输过程及其同外部空气间的界面热质交换[38]
团存在氢键作用，导致其水分子移动性受到限制[58, 60]。褐煤内部水分赋存同外部环境湿度间存在一定的平衡关系，可以通过褐煤对水蒸汽的等温吸附/脱附过程予以描述。Allardice 等[49, 61]在不同温度下对褐煤进行水蒸汽等温吸/脱附实验，研究了褐煤对水分的吸附等温线并将褐煤中水分分为单层吸附水、多层吸附水、毛细水和自由水，得出了吸附及脱附过程中，褐煤内部水分的吸附热同总水分间的函数关系。当褐煤总水分含量高于 0.60g/g 干煤时，褐煤中水分脱附等量热近似等于纯水的蒸发热[62]，因而该部分水赋存于褐煤颗粒间或者较大孔隙当中，属于自由水和毛细凝聚水区域；当总水分位于 0.60g/g干煤和 0.15g/g 干煤范围时，随着水分降低褐煤水分脱附等量热逐步增加，该部分水分同褐煤之间存在一定相互作用属于多分子层吸附区域；当水分含量低于0.15 g/g 干煤时，褐煤脱附等量热陡升，最大值接近氢键键能[49, 61]。褐煤吸/脱附过程如 Charrière[63]所述（图 2-1），褐煤中单层水附着于褐煤表面含氧官能团处并与之形成氢键作用，煤水相互作用较强，随着吸附的进行，褐煤孔道内逐步形成多层吸附水、毛细凝聚水和自由水，煤水间的相互作用越来越弱。
图 1-3 多孔介质导热系数计算空间构型[80]Figure 1-3 Simplified geometric structure of porous media used to calculate the thermalconductivity[80]上,多孔介质有效导热系数真实值处于以上两种构型的所得导热 和 ）之间，即两种计算模型给出了实际导热系数的上下限[79更为实用准确的几何加权平均计算模型( )被提出，由固液气三数的几何加权平均值所得，如方程 1-4 所示，已经被多个领域的学者所应Carson[81]在多孔食品研究的应用, Bal 等[82]对红土砖等的热物性研究均计算模型。不管导热系数的计算预测采用何种模型，方程 1-2,1-3 和 1含水饱和度（ ）和孔隙率（ ）两个非常重要的结构参数，这说明了物特征对其导热系数有着非常重要的影响作用。 = 1 (1 ) (1褐煤热物理特性的研究是进行干燥过程传热传质动力学研究的重要基础目前，对于褐煤的热物性特征的研究相对较少，部分学者在对褐煤干燥
本文编号：3095122
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
干燥过程中多孔介质内部热质传输过程及其同外部空气间的界面热质交换[38]
团存在氢键作用，导致其水分子移动性受到限制[58, 60]。褐煤内部水分赋存同外部环境湿度间存在一定的平衡关系，可以通过褐煤对水蒸汽的等温吸附/脱附过程予以描述。Allardice 等[49, 61]在不同温度下对褐煤进行水蒸汽等温吸/脱附实验，研究了褐煤对水分的吸附等温线并将褐煤中水分分为单层吸附水、多层吸附水、毛细水和自由水，得出了吸附及脱附过程中，褐煤内部水分的吸附热同总水分间的函数关系。当褐煤总水分含量高于 0.60g/g 干煤时，褐煤中水分脱附等量热近似等于纯水的蒸发热[62]，因而该部分水赋存于褐煤颗粒间或者较大孔隙当中，属于自由水和毛细凝聚水区域；当总水分位于 0.60g/g干煤和 0.15g/g 干煤范围时，随着水分降低褐煤水分脱附等量热逐步增加，该部分水分同褐煤之间存在一定相互作用属于多分子层吸附区域；当水分含量低于0.15 g/g 干煤时，褐煤脱附等量热陡升，最大值接近氢键键能[49, 61]。褐煤吸/脱附过程如 Charrière[63]所述（图 2-1），褐煤中单层水附着于褐煤表面含氧官能团处并与之形成氢键作用，煤水相互作用较强，随着吸附的进行，褐煤孔道内逐步形成多层吸附水、毛细凝聚水和自由水，煤水间的相互作用越来越弱。
图 1-3 多孔介质导热系数计算空间构型[80]Figure 1-3 Simplified geometric structure of porous media used to calculate the thermalconductivity[80]上,多孔介质有效导热系数真实值处于以上两种构型的所得导热 和 ）之间，即两种计算模型给出了实际导热系数的上下限[79更为实用准确的几何加权平均计算模型( )被提出，由固液气三数的几何加权平均值所得，如方程 1-4 所示，已经被多个领域的学者所应Carson[81]在多孔食品研究的应用, Bal 等[82]对红土砖等的热物性研究均计算模型。不管导热系数的计算预测采用何种模型，方程 1-2,1-3 和 1含水饱和度（ ）和孔隙率（ ）两个非常重要的结构参数，这说明了物特征对其导热系数有着非常重要的影响作用。 = 1 (1 ) (1褐煤热物理特性的研究是进行干燥过程传热传质动力学研究的重要基础目前，对于褐煤的热物性特征的研究相对较少，部分学者在对褐煤干燥
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