AFD質(zhì)熱耦合傳遞數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、干燥作為傳統(tǒng)加工的單元操作之一，能夠有效地延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期，保持產(chǎn)品品質(zhì)，但干燥處理過(guò)程能耗較大。真空冷凍干燥被外界認(rèn)為是干制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值保留最高，外形收縮褐變率最低的加工方法，由于這種干燥需要加入真空泵等設(shè)備以維持真空環(huán)境，并且需要提供-40℃的低溫環(huán)境，所產(chǎn)生的能耗和成本較高，因而主要運(yùn)用于產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的物料中，不適用于工業(yè)化推廣應(yīng)用。常壓冷凍干燥因兼有高效節(jié)能和產(chǎn)品品質(zhì)高的特點(diǎn)，一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。然而，在常壓下進(jìn)行冷

2、凍干燥常常存在升華速率低，冰晶易融化的缺點(diǎn)，極大的限制了該干燥技術(shù)的發(fā)展。常壓冷凍干燥過(guò)程的研究非常復(fù)雜，目前主要集中在物料質(zhì)熱傳遞過(guò)程及其影響因素中，深入研究該過(guò)程顯得十分困難。計(jì)算流體力學(xué)作為解決復(fù)雜流體流動(dòng)問(wèn)題的重要工具，對(duì)豐富和完善物料干燥的質(zhì)熱耦合傳遞理論很有必要。因此，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)探索多種除濕模式以克服上述不足顯得尤為必要。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在常壓冷凍干燥的基本原理以及多孔介質(zhì)各參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)干燥倉(cāng)內(nèi)

3、流體流動(dòng)和多孔濕物料干燥過(guò)程中物理量的變化情況，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)的原理，在連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量守恒偏微分方程組的基礎(chǔ)上，建立了二維非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)和多孔介質(zhì)區(qū)域的控制方程，從而為研究常壓冷凍干燥過(guò)程中物料質(zhì)熱傳遞及干燥倉(cāng)內(nèi)物理場(chǎng)變化奠定理論基礎(chǔ)。⑵將研究物料看作是均勻同向性的冷凍多孔介質(zhì)，利用ANSYS ICEM CFD軟件對(duì)常壓冷凍干燥工況建立二維幾何模型并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，調(diào)用軟件中的多孔介質(zhì)模型和多相流模型，通過(guò)有限體積法迭代求解

4、不同入口空氣風(fēng)速（分別為1.5 m/s、2.5 m/s、3.5 m/s）以及輻射溫度（分別為283.15 K、288.15 K、293.15 K）下冷凍物料內(nèi)部水分比及中心溫度隨時(shí)間的變化，分析得出最佳組合參數(shù)。研究最佳干燥條件下不同干燥時(shí)刻的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)以及多孔介質(zhì)干區(qū)遷移界面變化規(guī)律。⑶采用數(shù)值模擬分析得出的最優(yōu)參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。論文選取冷凍蘋(píng)果片（冷凍溫度253.15 K）為研究對(duì)象，試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為最佳參數(shù)組合狀態(tài)，