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气流干燥耦合场数学控制方程组及Runge-Kutta法求解研究

作　者: 石金艳
导　师: 陈君若
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械设计及其理论
关键词: 气流干燥数学模型热质传递多相流 Runge-Kutta法
分类号: TQ028.67
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 34次
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内容摘要

气流干燥是对流干燥方法中的一种,是将加热后的气体通入干燥器使得物料随热气体并流输送,同时气体以对流传热的方式,将热量传给含湿物料,湿物料中的水分受热而汽化,最后达到干燥目的。从干燥过程中的传热传质现象来看,气流干燥是一个复杂的多物理场耦合的问题。气流在输送物料的过程中,不断的与被干燥的物料发生热量与质量的传递。当含湿物料吸收了热量而温度升高到汽化蒸发的温度后,水分由液态变为气态进入到混合的气体中,同时高温气体的温度下降而相对湿度变大。两相间热质传递过程的发生,势必将影响到气体的变化,而这种变化又反过来作用到干燥过程中热质传递过程的进行,如何求解气流干燥过程中的耦合场问题,是研究干燥过程的关键所在。文中针对颗粒和气体在干燥管内的相互作用和传质传热机理,建立了气流干燥耦合场模型,此模型主要包括物料速度、物料湿含量、物料温度及空气温度、空气湿度、空气速度、干燥管内压力降等沿干燥管高度变化的七个参数的微分方程,根据模型方程的特点,应用四阶龙格一库塔法对其进行了数值求解。文中考察了气流干燥过程中不同参数对干燥结果的影响。得出了颗粒直径、颗粒温度、颗粒速度、颗粒湿含量、气体温度、气体速度、固气流量比对干燥过程的影响曲线图,讨论了各参数对干燥过程影响强弱的问题。本文的研究工作涉及流体力学、气力输运、多相流理论、计算工程等学科。其理论研究对多物理场耦合的多相流理论和数值计算有一定的学术价值,对系统干燥过程的研究及其数值模拟具有一定工程指导意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2. 相关技术背景及发展现状  10-16
    1.2.1 多相流理论简述  10-12
    1.2.2 干燥技术发展简述  12-13
    1.2.3 气流干燥模拟发展简述  13-16
  1.3 课题研究意义和主要研究内容  16-17
    1.3.1 课题研究意义  16-17
    1.3.2 课题主要研究内容  17
  1.4 小结  17-19
第二章气流干燥的基本理论  19-29
  2.1 气流干燥的技术定义与特点  19-20
    2.1.1 气流干燥的概念  19
    2.1.2 气流干燥的特点  19-20
  2.2 气流干燥基本原理  20-28
    2.2.1 单一颗粒在加速运动段的基本方程  20-22
    2.2.2 单一颗粒在等速运动段的基本方程  22
    2.2.3 颗粒群在气流干燥管内的运动  22-24
    2.2.4 气流干燥过程中的热量传递  24-26
    2.2.5 气流与物料间的传热量  26-28
  2.3 小结  28-29
第三章干燥过程的数学模型  29-41
  3.1 数学模型  29-32
    3.1.1 数学模型的特点  29-31
    3.1.2 建立数学模型的一般步骤  31-32
  3.2 干燥过程耦合场数学控制方程组  32-39
    3.2.1 压力降微分方程式  33-35
    3.2.2 速度微分方程  35-37
    3.2.3 湿分平衡微分方程  37-38
    3.2.4 温度微分方程  38-39
  3.3 小结  39-41
第四章耦合场的的求解  41-53
  4.1 MATLAB语言简介  41-42
  4.2 龙格-库塔法介绍  42-44
  4.3 耦合场的解法  44-45
  4.4 耦合场数学控制方程组的求解  45-49
  4.5 数学控制方程组中相关参数的计算  49-51
  4.6 小结  51-53
第五章计算结果分析  53-85
  5.1 耦合场数学控制方程组的验证  53-54
  5.2 模拟结果分析  54-83
    5.2.1 粒径的影响  54-59
    5.2.2 进气口温度对干燥过程的影响  59-63
    5.2.3 气流速度对干燥过程的影响  63-68
    5.2.4 固气流量比对干燥过程的影响  68-72
    5.2.5 颗粒入口速度对干燥过程的影响  72-74
    5.2.6 颗粒温度对干燥过程的影响  74-78
    5.2.7 颗粒初始湿含量对干燥过程的影响  78-83
  5.3 小结  83-85
第六章结论与展望  85-87
  6.1 结论  85-86
  6.2 展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-93
附件A  93-94
附件B  94-101

气流干燥耦合场数学控制方程组及Runge-Kutta法求解研究

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