基于层状甘露醇的常压冷冻干燥数值分析

TQ026.6; 常压冷冻干燥较传统真空冷冻干燥省去提供真空环境的装置,在节省能耗的同时可得到高质量的脱水产品,但所需干燥时间长.为探究常压冷冻干燥过程的动力学以及热质传递,克服常压冷冻干燥时间较长的问题.该研究将描述外部压力场的Navier-Stokes方程引入解吸-升华模型,建立了隧道内层状物料的常压冷冻干燥模型,利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 6.1求解干燥过程中物料水分比、干燥时间、干燥速率以及热质阻力的变化.模型计算物料水分比与已有文献试验结果的偏差为±10％,验证了模型可行性.通过模型计算不同物料厚度(3～11 mm)、平均孔隙直径(2.0～6.0μm)、干...

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Published in农业工程学报 Vol. 40; no. 18; pp. 311 - 320
Main Authors 刘莹, 公茂琼, 王昊成, 董学强
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国科学院大学,北京 100049%中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室,北京 100190 01.09.2024
中国科学院理化技术研究所低温科学与技术重点实验室,北京 100190
Subjects
数学模型
热阻
传质
drying
传热
mathematical models
干燥
常压
heat resistance
heat transfer
mass transfer
atmospheric pressure
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202404195

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Summary:TQ026.6; 常压冷冻干燥较传统真空冷冻干燥省去提供真空环境的装置,在节省能耗的同时可得到高质量的脱水产品,但所需干燥时间长.为探究常压冷冻干燥过程的动力学以及热质传递,克服常压冷冻干燥时间较长的问题.该研究将描述外部压力场的Navier-Stokes方程引入解吸-升华模型,建立了隧道内层状物料的常压冷冻干燥模型,利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 6.1求解干燥过程中物料水分比、干燥时间、干燥速率以及热质阻力的变化.模型计算物料水分比与已有文献试验结果的偏差为±10％,验证了模型可行性.通过模型计算不同物料厚度(3～11 mm)、平均孔隙直径(2.0～6.0μm)、干燥空气温度(263.15～273.15 K)、干燥空气流速(1.0～3.0m/s)的常压冷冻干燥过程,结果表明:干燥时间随物料厚度减小、干燥空气温度增加而缩短.干燥空气流速和平均孔隙率变化影响不明显;内部热质阻力随水分比降低而线性增加并超过外部热质阻力,外部热质阻力随水分比降低而减小.热质阻力变化对比可知常压冷冻干燥过程由外部传热传质主导向内部传热传质主导转变.内外热质阻力随物料厚度的减小显著减小.该研究明确了不同干燥工况参数对常压冷冻干燥时间的影响趋势,为优化常压冷冻干燥工况提供指导.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.202404195