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对撞流是一种较新的技术方法,它是使两股或多股高速的气体-颗粒或液滴两相流在一定的容器内迎面对撞。由于惯性作用颗粒或液滴穿过撞击面渗入反向流,来回做减幅振荡,结果颗粒经历相间相对速度极高的条件,并延长了在气流中停留的时间。这种方法对于强化热、质传递尤其是外扩散控制的传递过程非常有效。在化工工业中,相间热、质传递是一个重要的问题,因此研究能够有效强化热、质传递的对撞流方法就变得比较重要。
本文研究的课题来源于广东省农业机械研究所干燥设备中心。为了有效的干燥高湿含量的渣料,该中心研制开发出了滚筒-对撞流干燥机,用于广州市大田马蹄粉厂马蹄渣的干燥,并测定了马蹄渣的热物理性质。为了详细研究对撞流的性质该中心研制了垂直对撞流试验样机,进行对撞流的试验研究。在该试验机上进行了一系列试验,研究了不同结构的对撞室、对撞距离和不同物料对干燥效果的影响。为了得到比较理想的工艺条件,采用三因素的六水平试验方案进行试验,根据所得的数据用SPSS进行回归分析,得到了较优的工艺条件。
干燥过程是一个很复杂的物理过程,耦合了传热、传质等多种物理现象,所以对干燥过程进行精确的描述甚是不易。对撞流干燥过程是一个复杂气-固两相流流动过程。由于流动过程的复杂性,先建立最简单的模型——单颗粒模型,并用数值方法求解颗粒运动方程,得到颗粒往复运动过程的时间、速度、路程等。单颗粒模型是一种极端简化的模型,它不考虑气相和颗粒相的相互作用,因此也就无法研究对撞流干燥过程的传热、传质现象,因此有必要对该模型进行深化。基于这个原因建立了流体动力学模型,对应于对撞流干燥机的空载和负载两种工况,流体动力学模型可分为单相流动模型和两相流动模型。单相流动模型不但有助于了解对撞室中气流的流场分布,而且也有一些设备应用单相对撞流,所以进行单相对撞流的研究是有必要的。最后采用两相流模型,考虑相间的互相作用计Ⅱ算干燥过程的传热系数。由于对撞流干燥的时间很短,所以一般都处在恒速干燥阶段,这个阶段是外部条件控制阶段,提高传热系数可以提高干燥速率,所以传热问题比较重要。用通用CFD软件对单相和两相流模型求解,给出可视化的计算结果。
分析影响热、质传递的因素。关于对撞流强化传热的机理研究首先采用单颗粒模型在有振荡和无振荡运动下求出各种情况下的换热量进行比较,然后根据两相流模型和影响传热、传质的因素进行虚拟试验,可以得出不同操作参数对撞流干燥效果的影响。