基于实体模型的玉米颗粒热风干燥模拟研究
发布时间：2022-12-24 00:43
干燥是人类社会生活、生产中一项重要的应用技术。以数学模拟方法针对被干燥物料内部的干燥过程进行研究,能够对生产、实验中难以直接观测的现象进行深入的剖析。这种方法能够节省研究成本和时间,为干燥技术发展提供理论依据和借鉴。目前基于三维实体模型针对被干燥物料进行干燥过程模拟的研究方法已成为国际干燥领域的研究热点。本文选用玉米颗粒为研究对象,基于三维实体模型,对其热风干燥过程进行模拟研究。 本文首次采用高精度医用CT机扫描玉米颗粒,基于影像处理技术获得了研究对象的三维模型。借助Mimics、ANSYS软件,依次完成单体影像提取、表面重构、实体化处理等作业,建立了具有实体特征的玉米颗粒三维模型。使用该方法建模获得图像方便快捷,实体建模方法操作简单。 本文建立了三维传热传质数学模型,采用傅里叶传热方程和菲克第二扩散定律作为控制方程,其导热系数,扩散系数,表面传热系数和表面传质系数均定义为考虑热质耦合的多变量函数；模拟计算使用COMSOL Multiphysics软件完成,获得了玉米颗粒内部温度场,湿度场的变化规律。通过将三维模型的模拟结果分别与实验结果和二维模型的模拟结果相对比,验证了三...
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 干燥过程传热传质机理模拟的进展
1.3 谷粒干燥过程应力裂纹(应变)的研究进展
1.4 谷物干燥过程基于实体的研究进展
1.5 本文主要研究内容
第2章 玉米颗粒的三维实体模型重建
2.1 三维实体模型重建技术
2.1.1 三维实体模型重建方法
2.1.2 图像文件格式及接口介绍
2.2 断层图像扫描
2.3 单个玉米颗粒三维表面重建
2.3.1 Mimics软件简介
2.3.2 玉米三维表面构建
2.4 基于三维表面模型的实体模型重建
2.4.1 ANSYS软件构建实体
2.4.2 三维实体模型生成
2.5 本章小结
第3章 玉米颗粒内部三维干燥传热传质的分析及模拟
3.1 针对物料的干燥机理的介绍
3.2 干燥过程中概念的设定和物性参数的选择
3.2.1 干燥湿物料的性质的定义
3.2.2 玉米的物理特性参数的选择
3.3 干燥过程中热质传递控制方程
3.3.1 传热控制方程
3.3.2 导热控制方程的定解条件
3.3.3 传质控制方程
3.4 使用COMSOL Multiphysics模拟分析
3.5 玉米颗粒热风干燥实验研究
3.5.1 实验原料和设备
3.5.2 实验方法
3.5.3 实验数据分析
3.6 实验结果与模拟结果分析
3.6.1 干燥过程中玉米颗粒内部传质分析
3.6.2 干燥过程中玉米颗粒内部传热分析
3.7 三维模型与二维模型之间比较
3.8 本章小结
第4章 玉米颗粒内部应力模拟分析
4.1 干燥过程中玉米应力模型的分析
4.2 使用COMSOL Multiphysics模拟分析
4.3 干燥过程中玉米颗粒内部应力模拟结果分析
4.3.1 热风干燥中玉米颗粒内部热应力分析
4.3.2 玉米颗粒内部湿应力分析
4.3.3 玉米颗粒内部总应力的分析
4.4 本章小结
第5章 干燥条件对玉米颗粒内部干燥特性影响的模拟分析
5.1 干燥过程中影响因素
5.2 不同热风温度下玉米颗粒的传热过程
5.2.1 不同热风温度对于颗粒内部温度上升曲线的影响
5.2.2 不同热风温度下颗粒内部的传质过程
5.2.3 不同热风温度对颗粒内部应力的影响
5.3 不同湿含量的玉米颗粒的干燥模拟
5.3.1 不同湿含量的玉米颗粒干燥过程中的传热过程分析
5.3.2 干燥过程中不同湿含量的玉米颗粒的传质分析
5.3.3 不同湿含量条件对玉米颗粒内主应力的影响
5.4 不同热风风速条件下玉米颗粒的干燥模拟
5.4.1 不同风速下玉米颗粒的传热模拟
5.4.2 不同风速下玉米颗粒的传质模拟
5.5 玉米颗粒热风干燥过程中能耗分析
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表(或录用)的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维实体模型的玉米热风干燥模拟计算[J]. 张世伟,孔宁华,张志军,徐成海. 东北大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]热风和真空干燥条件下玉米应力裂纹变化的研究[J]. 周显青,成军虎,张玉荣,刘诺阳,李洋. 河南工业大学学报(自然科学版). 2011(01)
[3]球形生物材料干燥时的弹性应力研究[J]. 易榕,陈君若,刘显茜,刘国红,王中明. 科学技术与工程. 2010(10)
[4]干燥动力学研究综述[J]. 王宝和. 干燥技术与设备. 2009(02)
[5]干燥动力学研究综述[J]. 王宝和. 干燥技术与设备. 2009 (02)
[6]应用CT断层图像快速构建人体骨骼有限元几何模型的方法[J]. 傅栋,靳安民. 中国组织工程研究与临床康复. 2007(09)
[7]玉米干燥过程中颗粒内部应力分析与预测[J]. 刘雪强,陈晓光,吴文福,王永利,王治刚. 吉林大学学报(工学版). 2006(S1)
[8]干燥过程原理研究概况[J]. 刘相东. 干燥技术与设备. 2004(03)
[9]干燥过程原理研究概况[J]. 刘相东. 干燥技术与设备. 2004 (03)
[10]粮食干燥过程模拟的现状及发展趋势[J]. 曹崇文. 干燥技术与设备. 2003(02)
博士论文
[1]基于水势的玉米真空干燥传热传质模型及介电特性的研究[D]. 尹丽妍.吉林大学 2011
[2]生物多孔材料非稳态收缩及其对传热传质影响研究[D]. 刘显茜.昆明理工大学 2010
[3]玉米真空干燥特性的研究[D]. 张志军.东北大学 2009
[4]常温下稻米湿应力场物理参数及裂纹机理的试验研究[D]. 肖威.东北农业大学 2007
[5]稻谷干燥应力裂纹生成扩展及抑制的试验研究和机理分析[D]. 李栋.中国农业大学 2001
硕士论文
[1]玉米种子干燥过程中皮层阻力影响的研究[D]. 葛玉姣.东北大学 2012
[2]三维网格模型重建与优化系统的研究和开发[D]. 吴志芳.重庆大学 2011
[3]基于断层图像的三维实体重建[D]. 张峰.中国科学技术大学 2009
[4]基于声学和图像分析的玉米应力裂纹检测方法研究[D]. 张杰.吉林大学 2007
[5]CT断层图像三维重建中体绘制技术研究与应用[D]. 罗圣阳.苏州大学 2007
[6]多孔介质对流干燥传热传质机理的研究及其数值模拟[D]. 陶斌斌.河北工业大学 2004
本文编号：3725715
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 干燥过程传热传质机理模拟的进展
1.3 谷粒干燥过程应力裂纹(应变)的研究进展
1.4 谷物干燥过程基于实体的研究进展
1.5 本文主要研究内容
第2章 玉米颗粒的三维实体模型重建
2.1 三维实体模型重建技术
2.1.1 三维实体模型重建方法
2.1.2 图像文件格式及接口介绍
2.2 断层图像扫描
2.3 单个玉米颗粒三维表面重建
2.3.1 Mimics软件简介
2.3.2 玉米三维表面构建
2.4 基于三维表面模型的实体模型重建
2.4.1 ANSYS软件构建实体
2.4.2 三维实体模型生成
2.5 本章小结
第3章 玉米颗粒内部三维干燥传热传质的分析及模拟
3.1 针对物料的干燥机理的介绍
3.2 干燥过程中概念的设定和物性参数的选择
3.2.1 干燥湿物料的性质的定义
3.2.2 玉米的物理特性参数的选择
3.3 干燥过程中热质传递控制方程
3.3.1 传热控制方程
3.3.2 导热控制方程的定解条件
3.3.3 传质控制方程
3.4 使用COMSOL Multiphysics模拟分析
3.5 玉米颗粒热风干燥实验研究
3.5.1 实验原料和设备
3.5.2 实验方法
3.5.3 实验数据分析
3.6 实验结果与模拟结果分析
3.6.1 干燥过程中玉米颗粒内部传质分析
3.6.2 干燥过程中玉米颗粒内部传热分析
3.7 三维模型与二维模型之间比较
3.8 本章小结
第4章 玉米颗粒内部应力模拟分析
4.1 干燥过程中玉米应力模型的分析
4.2 使用COMSOL Multiphysics模拟分析
4.3 干燥过程中玉米颗粒内部应力模拟结果分析
4.3.1 热风干燥中玉米颗粒内部热应力分析
4.3.2 玉米颗粒内部湿应力分析
4.3.3 玉米颗粒内部总应力的分析
4.4 本章小结
第5章 干燥条件对玉米颗粒内部干燥特性影响的模拟分析
5.1 干燥过程中影响因素
5.2 不同热风温度下玉米颗粒的传热过程
5.2.1 不同热风温度对于颗粒内部温度上升曲线的影响
5.2.2 不同热风温度下颗粒内部的传质过程
5.2.3 不同热风温度对颗粒内部应力的影响
5.3 不同湿含量的玉米颗粒的干燥模拟
5.3.1 不同湿含量的玉米颗粒干燥过程中的传热过程分析
5.3.2 干燥过程中不同湿含量的玉米颗粒的传质分析
5.3.3 不同湿含量条件对玉米颗粒内主应力的影响
5.4 不同热风风速条件下玉米颗粒的干燥模拟
5.4.1 不同风速下玉米颗粒的传热模拟
5.4.2 不同风速下玉米颗粒的传质模拟
5.5 玉米颗粒热风干燥过程中能耗分析
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表(或录用)的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维实体模型的玉米热风干燥模拟计算[J]. 张世伟,孔宁华,张志军,徐成海. 东北大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]热风和真空干燥条件下玉米应力裂纹变化的研究[J]. 周显青,成军虎,张玉荣,刘诺阳,李洋. 河南工业大学学报(自然科学版). 2011(01)
[3]球形生物材料干燥时的弹性应力研究[J]. 易榕,陈君若,刘显茜,刘国红,王中明. 科学技术与工程. 2010(10)
[4]干燥动力学研究综述[J]. 王宝和. 干燥技术与设备. 2009(02)
[5]干燥动力学研究综述[J]. 王宝和. 干燥技术与设备. 2009 (02)
[6]应用CT断层图像快速构建人体骨骼有限元几何模型的方法[J]. 傅栋,靳安民. 中国组织工程研究与临床康复. 2007(09)
[7]玉米干燥过程中颗粒内部应力分析与预测[J]. 刘雪强,陈晓光,吴文福,王永利,王治刚. 吉林大学学报(工学版). 2006(S1)
[8]干燥过程原理研究概况[J]. 刘相东. 干燥技术与设备. 2004(03)
[9]干燥过程原理研究概况[J]. 刘相东. 干燥技术与设备. 2004 (03)
[10]粮食干燥过程模拟的现状及发展趋势[J]. 曹崇文. 干燥技术与设备. 2003(02)
博士论文
[1]基于水势的玉米真空干燥传热传质模型及介电特性的研究[D]. 尹丽妍.吉林大学 2011
[2]生物多孔材料非稳态收缩及其对传热传质影响研究[D]. 刘显茜.昆明理工大学 2010
[3]玉米真空干燥特性的研究[D]. 张志军.东北大学 2009
[4]常温下稻米湿应力场物理参数及裂纹机理的试验研究[D]. 肖威.东北农业大学 2007
[5]稻谷干燥应力裂纹生成扩展及抑制的试验研究和机理分析[D]. 李栋.中国农业大学 2001
硕士论文
[1]玉米种子干燥过程中皮层阻力影响的研究[D]. 葛玉姣.东北大学 2012
[2]三维网格模型重建与优化系统的研究和开发[D]. 吴志芳.重庆大学 2011
[3]基于断层图像的三维实体重建[D]. 张峰.中国科学技术大学 2009
[4]基于声学和图像分析的玉米应力裂纹检测方法研究[D]. 张杰.吉林大学 2007
[5]CT断层图像三维重建中体绘制技术研究与应用[D]. 罗圣阳.苏州大学 2007
[6]多孔介质对流干燥传热传质机理的研究及其数值模拟[D]. 陶斌斌.河北工业大学 2004
本文编号：3725715
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