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2.2.2多孔介質(zhì)的凍干理論
傳質(zhì)連續(xù)方程為:
該模型適合于可簡(jiǎn)化成平板狀的物料,例如牛奶的凍干。
2.2.2.2二維軸對(duì)稱升華-解析模型
二維軸對(duì)稱解析升華模型( 1997 年Mascarenhas等人提出的) ,在主干燥過(guò)程傳熱傳質(zhì)的物理模型如圖2-12所示。
已干區(qū)(I)和凍結(jié)區(qū)(Ⅱ)非穩(wěn)態(tài)傳熱能量平衡方程為:
傳質(zhì)連續(xù)方程為:
圖中 2-13 中 qⅠ、qⅡ和qⅢ為來(lái)自不同方向的熱流,W/m2。
傳質(zhì)連續(xù)方程為:
二次干燥階段傳熱傳質(zhì)平衡方程為:
式中,H(t, r)為半徑為r時(shí)的H(t); Z為移動(dòng)冰界面到達(dá)z處的值;Nt,z為z方向總的質(zhì)量流,kg/(m2· s);Nw,r和Nw,z分別為r和z方向水蒸氣的質(zhì)量流,kg/(m2· s);Nin,r和Nin,z分為r和z方向惰性氣體的質(zhì)量流,kg/ (m2·s);其余符號(hào)同前。
2.2.2.4考慮瓶塞和
2.2.2.5考慮平底彎曲影響的二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)模型
2005年Suling Zhai等提出的考慮平底彎曲影響的二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)模型的物理模型如圖2-16所示。主干燥階段傳熱能量平衡方程為
傳質(zhì)連續(xù)方程為
式中,ρg為玻璃瓶的密度,kg/m3,cpg為玻璃瓶的比熱容,J/(kg·K);Tg為玻璃瓶的溫度,K;kg為玻璃瓶的熱導(dǎo)率,W/(K·m),ρice為冰的密度,kg/m3,cpice為冰的比熱容,J/(kg·K),Tice為冰的溫度,K;kice為冰的熱導(dǎo)率,W/(K·m);Mw為水蒸氣分子量,kg/mol;Rg為理想氣體常數(shù),J/(mol·K);ps和pc分別表示升華界面和冷凝器表面標(biāo)準(zhǔn)水蒸氣壓力,Pa;p為千燥室的內(nèi)總壓力,Pa;Nwt為水蒸氣總的質(zhì)量流,kg(m2·s);k1和k2分別為體擴(kuò)散和自擴(kuò)散常數(shù);h1和h2分別為擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)系數(shù),m/s。
圖2-16中,Cgap為玻璃瓶底的彎曲孔隙的高度,mm。
2.2.2.6微波凍干一維圓柱坐標(biāo)下的雙升華面模型
圖2-17為簡(jiǎn)化的具有電介質(zhì)核圓柱多孔介質(zhì)微波冷凍干燥的雙升華界面模型的一維圓柱坐標(biāo)物理模型。對(duì)具有電介質(zhì)核的多孔介質(zhì)微波冷凍干燥過(guò)程,物料將被內(nèi)外同時(shí)加熱,因而可能產(chǎn)生2個(gè)升華界面。一方面,物料外層的冰吸收微波能而升華,形成第一升華界面;另一方面,由于電介質(zhì)核較冰的損耗系數(shù)大,微波能主要被其吸收并傳導(dǎo)至物料層使冰升華, 從而形成第二升華界面。因此, 多孔介質(zhì)內(nèi)部將出現(xiàn)2個(gè)干區(qū)、冰區(qū)和電介質(zhì)核4 個(gè)區(qū)域 (見(jiàn)圖2-17)。
已干區(qū)傳熱能量平衡方程:
傳質(zhì)連續(xù)方程:
傳質(zhì)連續(xù)方程:
式中,λ為熱導(dǎo)率,W/(m•K);I升華源強(qiáng)度,(kg·m3)/s;△Hs為升華潛熱,J /kg;q為微波能吸收強(qiáng)度,J/(s·m3),S為飽和度;其余符號(hào)同前。
2.2.2多孔介質(zhì)的凍干理論
傳質(zhì)連續(xù)方程為:
該模型適合于可簡(jiǎn)化成平板狀的物料,例如牛奶的凍干。
2.2.2.2二維軸對(duì)稱升華-解析模型
二維軸對(duì)稱解析升華模型( 1997 年Mascarenhas等人提出的) ,在主干燥過(guò)程傳熱傳質(zhì)的物理模型如圖2-12所示。
已干區(qū)(I)和凍結(jié)區(qū)(Ⅱ)非穩(wěn)態(tài)傳熱能量平衡方程為:
傳質(zhì)連續(xù)方程為:
圖中 2-13 中 qⅠ、qⅡ和qⅢ為來(lái)自不同方向的熱流,W/m2。
傳質(zhì)連續(xù)方程為:
二次干燥階段傳熱傳質(zhì)平衡方程為:
式中,H(t, r)為半徑為r時(shí)的H(t); Z為移動(dòng)冰界面到達(dá)z處的值;Nt,z為z方向總的質(zhì)量流,kg/(m2· s);Nw,r和Nw,z分別為r和z方向水蒸氣的質(zhì)量流,kg/(m2· s);Nin,r和Nin,z分為r和z方向惰性氣體的質(zhì)量流,kg/ (m2·s);其余符號(hào)同前。
2.2.2.4考慮瓶塞和
2.2.2.5考慮平底彎曲影響的二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)模型
2005年Suling Zhai等提出的考慮平底彎曲影響的二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)模型的物理模型如圖2-16所示。主干燥階段傳熱能量平衡方程為
傳質(zhì)連續(xù)方程為
式中,ρg為玻璃瓶的密度,kg/m3,cpg為玻璃瓶的比熱容,J/(kg·K);Tg為玻璃瓶的溫度,K;kg為玻璃瓶的熱導(dǎo)率,W/(K·m),ρice為冰的密度,kg/m3,cpice為冰的比熱容,J/(kg·K),Tice為冰的溫度,K;kice為冰的熱導(dǎo)率,W/(K·m);Mw為水蒸氣分子量,kg/mol;Rg為理想氣體常數(shù),J/(mol·K);ps和pc分別表示升華界面和冷凝器表面標(biāo)準(zhǔn)水蒸氣壓力,Pa;p為千燥室的內(nèi)總壓力,Pa;Nwt為水蒸氣總的質(zhì)量流,kg(m2·s);k1和k2分別為體擴(kuò)散和自擴(kuò)散常數(shù);h1和h2分別為擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)系數(shù),m/s。
圖2-16中,Cgap為玻璃瓶底的彎曲孔隙的高度,mm。
2.2.2.6微波凍干一維圓柱坐標(biāo)下的雙升華面模型
圖2-17為簡(jiǎn)化的具有電介質(zhì)核圓柱多孔介質(zhì)微波冷凍干燥的雙升華界面模型的一維圓柱坐標(biāo)物理模型。對(duì)具有電介質(zhì)核的多孔介質(zhì)微波冷凍干燥過(guò)程,物料將被內(nèi)外同時(shí)加熱,因而可能產(chǎn)生2個(gè)升華界面。一方面,物料外層的冰吸收微波能而升華,形成第一升華界面;另一方面,由于電介質(zhì)核較冰的損耗系數(shù)大,微波能主要被其吸收并傳導(dǎo)至物料層使冰升華, 從而形成第二升華界面。因此, 多孔介質(zhì)內(nèi)部將出現(xiàn)2個(gè)干區(qū)、冰區(qū)和電介質(zhì)核4 個(gè)區(qū)域 (見(jiàn)圖2-17)。
已干區(qū)傳熱能量平衡方程:
傳質(zhì)連續(xù)方程:
傳質(zhì)連續(xù)方程:
式中,λ為熱導(dǎo)率,W/(m•K);I升華源強(qiáng)度,(kg·m3)/s;△Hs為升華潛熱,J /kg;q為微波能吸收強(qiáng)度,J/(s·m3),S為飽和度;其余符號(hào)同前。
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