生物质振荡干燥过程分析与实验研究

摘要

作为一种清洁的可再生能源，生物质能在整个能源利用体系中发挥韵重要作用已经引起了世界各国的关注，然而生物质干燥是生物质能利用之前的一个必须环节，是一个较为复杂的热质耦合传递过程，并伴随着内部湿分相变的发生，不同的干燥工艺将会导致不同的干燥速率、干燥能耗与干燥产品品质，振荡干燥相较于一般干燥具有高效、节能潜力，本文对生物质干振荡干燥过程分别进行了数值模拟与实验研究。
　　本文首先针对单颗粒土豆，建立了描述干燥过程中土豆颗粒内部热质传递的数学模型，并编制Fortran程序求解该模型，得到干燥过程的数值解。根据计算所得土豆颗粒温湿度沿径向的分布结果分析了振荡干燥过程的机理，并计算发现:土豆颗粒高低温振荡周期取一特定值时，整个干燥过程速率最大，并且节能;振荡振幅越大，在低温段能耗费低能耗达到较好的脱湿效果，但不宜过大;高低温通断比取值存在最佳值。然后，设计搭建了能够对干燥介质含湿量、流速、高低温进风温度、通断比等操作条件实现高精度控制的生物质振荡干燥试验系统。最后，运用所搭建的干燥试验系统，验证了所建土豆干燥模型合理性，并通过在相同条件下对稻壳分别进行恒温干燥与振荡干燥，得到振荡干燥具有高效、节能优点。在此基础上，综合考虑干燥速率与干燥能耗，稻壳单因素振荡干燥实验结果表明:干燥介质流速和含湿量对干燥初期影响较为明显，后期几乎没有影响;振荡高温度段进风温度选取时应尽量高，低温段则不宜过高也不宜过低，高出环境温度10～15℃最佳，高低温通断比设置应大于1，具体最优值需综合考虑再取定。

目录

声明

摘要

图表清单

注释表

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 干燥过程及基本原理

1．3 国内外研究现状

1．3．1 干燥过程传热传质理论分析

1．3．2 干燥过程传热传质数值模拟

1．3．3 干燥特性试验研究

1．3．4 振荡干燥综述

1．4 本文的主要研究内容

2 生物质振荡干燥过程数值模拟

2．1 非平衡热力学简介

2．2 物料内部热湿迁移唯象方程组

2．3 物料内部热质传递数学模型

2．3．1 能量守恒方程

2．3．2 质量守恒方程

2．4 干燥模型的数值计算

2．4．1 传热传质控制方程

2．4．2 初始和边界条件

2．4．3 相关系数的确定

2．4．4 控制方程的离散

2．4．5 边界条件的处理

2．4．6 模型的求解方法

2．5 干燥模型的计算结果分析

2．5．1 振荡干燥过程的温湿度分布计算结果

2．5．2 各参数对振荡干燥过程影响计算

2．6 本章小结

3 生物质振荡干燥试验系统设计

3．1 干燥试验系统设计

3．2 干燥试验系统流程

3．3 生物质振荡干燥试验系统设计

3．3．1 定湿度空气发生系统

3．3．2 空气加热系统

3．3．3 干燥本体

3．3．4 试验系统其他部分

3．4 生物质干燥试验步骤

3．5 生物质干燥系统组成

3．6 本章小结

4 生物质振荡干燥试验研究

4．1 试验准备

4．1．1 试验生物质物料选择

4．1．2 试验材料预处理

4．1．3 实验数据处理

4．2 试验结果与分析

4．2．1 土豆模拟结果与实验结果对比分析

4．2．2 不同温度操作条件下的稻壳干燥特性

4．2．3 单因素对稻壳振荡干燥的影响

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献