污泥热风干燥对流传质系数的估算及误差分析

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准确估算热风干燥对流传质系数对传热传质过程新设备开发、已有设备性能优化起着关键作用。由于物料表层局部干基含水率难以测定,目前对热风干燥对流传质系数的研究集中于通过干燥法称取的物料平均干基含水率估算,或者测量物料表层热空气平均干基含水率计算。物料厚度较大时,平均干基含水率与表层局部干基含水率差距较大;降速干燥阶段热空气干基含水量下降迅速,难以记录。据此估算的热风干燥对流传质系数误差较大,在机械设计、优化中不能得到推广。针对传统计算方法的缺陷,本文以薄饼污泥为研究对象进行热风对流干燥试验,选取两种干燥模型估算热风干燥对流传质系数,并对其产生的误差进行分析。首先,对不同干燥工况,试样厚度5mm、10mm和15mmm,干燥温度40℃、50℃C60℃,空气流速1.1m/s、3.1/m/s和5.1m/s的薄饼污泥进行热风对流干燥试验。观察拟合干基含水率与试验干基含水率的拟合程度,分析定义法估算的干燥速率与拟合干燥曲线求导的干燥速率的吻合程度。结果表明:试验干基含水率与拟合干基含水率吻合较好,拟合干基含水率可用于估算热风干燥对流传质系数;对拟合干燥曲线求导得出的干燥速率具有瞬时性,比定义法估算的某个时间段内的干燥速率准确。接着,通过逆问题求值法和直接计算法估算薄饼污泥的热风干燥对流传质系数,且进行误差分析。逆问题求值法对菲克第二扩散定律逆向求解,比较薄饼污泥热风干燥试验数据与数值模拟计算结果,确定薄饼污泥表层局部干基含水率,联合平均值理论对不同干燥工况下的热风干燥对流传质系数进行迭代估算。直接计算法以拟合平均干基含水率代替薄饼污泥表层局部干基含水率计算热风干燥对流传质系数。结果表明:逆问题求值法估算的热风干燥对流传质系数在5.5×10-6m/s—2.9×10-5m/s之间,较为准确。直接计算法估算的热风干燥对流传质系数偏小,在6.9×10-8m/s—4×10-7m/s之间。产生误差的原因是替代薄饼污泥表层局部干基含水率的拟合平均干基含水率偏大,致使直接计算法算式的分母偏大,导致热风干燥对流传质系数偏小。其次,对热风干燥对流传质系数的影响因素进行了分析。结果表明:热风干燥对流传质系数不受试样厚度、干燥温度和空气流速的影响。外部干燥条件不能通过对干燥速率的影响控制热风干燥对流传质系数的大小。
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