Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке

Рассчитаны распределения температур в плотном движущемся слое зерна при микроволново-конвективной сушке при различных значениях производительностей положительного и отрицательного внутренних источников теплоты, коэффициента ослабления микроволновой энергии в слое, скоростей компонентов, размера част...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Календерьян, В.А., Бошкова, И.Л., Волгушева, Н.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Теория и практика сушки
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60480
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке / В.А. Календерьян, И.Л. Бошкова, Н.В. Волгушева // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 37-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-60480
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-604802014-04-16T03:01:40Z Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке Календерьян, В.А. Бошкова, И.Л. Волгушева, Н.В. Теория и практика сушки Рассчитаны распределения температур в плотном движущемся слое зерна при микроволново-конвективной сушке при различных значениях производительностей положительного и отрицательного внутренних источников теплоты, коэффициента ослабления микроволновой энергии в слое, скоростей компонентов, размера частиц. Исследовано влияние этих факторов на поле температур. Розраховано розподіл температур у щільному рухомому шарі зерна при мікрохвильово-конвективному сушінні при різних значеннях продуктивності позитивного та негативного внутрішніх джерел теплоти, коефіцієнта ослаблення мікрохвильової енергії в шарі, швидкостей компонентів, розміру часток. Досліджено вплив цих факторів на поле температур. The temperature distributions in packed moving bed of grain with microwave drying by different values of capacity for positive and negative internal heat sources, coefficient of microwave energy attenuation in bed, velocities of components and size of particles were calculated. The influence of these factors on the temperature field was investigated. 2010 Article Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке / В.А. Календерьян, И.Л. Бошкова, Н.В. Волгушева // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 37-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60480 664.723.047 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теория и практика сушки Теория и практика сушки
spellingShingle	Теория и практика сушки Теория и практика сушки Календерьян, В.А. Бошкова, И.Л. Волгушева, Н.В. Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке Промышленная теплотехника
description	Рассчитаны распределения температур в плотном движущемся слое зерна при микроволново-конвективной сушке при различных значениях производительностей положительного и отрицательного внутренних источников теплоты, коэффициента ослабления микроволновой энергии в слое, скоростей компонентов, размера частиц. Исследовано влияние этих факторов на поле температур.
format	Article
author	Календерьян, В.А. Бошкова, И.Л. Волгушева, Н.В.
author_facet	Календерьян, В.А. Бошкова, И.Л. Волгушева, Н.В.
author_sort	Календерьян, В.А.
title	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке
title_short	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке
title_full	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке
title_fullStr	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке
title_full_unstemmed	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке
title_sort	влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Теория и практика сушки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60480
citation_txt	Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке / В.А. Календерьян, И.Л. Бошкова, Н.В. Волгушева // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 37-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT kalenderʹânva vliânierežimnyhparametrovnaraspredelenietemperaturvdvižuŝemsâplotnomsloedispersnogomaterialaprimikrovolnovokonvektivnojsuške AT boškovail vliânierežimnyhparametrovnaraspredelenietemperaturvdvižuŝemsâplotnomsloedispersnogomaterialaprimikrovolnovokonvektivnojsuške AT volguševanv vliânierežimnyhparametrovnaraspredelenietemperaturvdvižuŝemsâplotnomsloedispersnogomaterialaprimikrovolnovokonvektivnojsuške
first_indexed	2025-07-05T11:33:42Z
last_indexed	2025-07-05T11:33:42Z
_version_	1836806541715439616
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 37 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ УДК 664.723.047 Календерьян В.А., Бошкова И.Л., Волгушева Н.В. Одесская государственная академия холода ВЛИЯНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР В ДВИЖУЩЕМСЯ ПЛОТНОМ СЛОЕ ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА ПРИ МИКРОВОЛНОВО-КОНВЕКТИВНОЙ СУШКЕ Розраховано розподіл тем- ператур у щільному рухомому шарі зерна при мікрохвильово- конвективному сушінні при різних значеннях продуктивності пози- тивного та негативного внутрішніх джерел теплоти, коефіцієнта осла- блення мікрохвильової енергії в шарі, швидкостей компонентів, розміру часток. Досліджено вплив цих факторів на поле температур. Рассчитаны распределения температур в плотном движущем- ся слое зерна при микроволново- конвективной сушке при различных значениях производительностей положительного и отрицательного внутренних источников теплоты, коэффициента ослабления микро- волновой энергии в слое, скоростей компонентов, размера частиц. Ис- следовано влияние этих факторов на поле температур. The temperature distributions in packed moving bed of grain with microwave drying by different values of capacity for positive and negative internal heat sources, coefficient of microwave energy attenuation in bed, velocities of components and size of particles were calculated. The influence of these factors on the temperature field was investigated. а – удельная поверхность частиц в единице объема слоя, м2/м3; c – теплоемкость, Дж/(кг·К); d – диаметр частиц, м; qν1 – производительность положительного внутреннего источника теплоты, Вт/м3; qν2 – производительность отрицательного внутреннего источника теплоты, Вт/м3; т – коэффициент ослабления интенсивности микроволновой энергии в слое, м-1; r – удельная теплота парообразования, Дж/кг; t – текущая температура, оС ; u – влагосодержание, кг/кг; w – скорость, м/с; x – расстояние от входного сечения, м ; αм – коэффициент межкомпонентного теплообмена, Вт/(м2·К); β– плотность укладки слоя; ρ– плотность, кг/м3; ν – избыточная температура. Индексы: с – сухой материал; Г – газовый компонент; т – твердый компонент; 0 – значение на входе в сушилку. Одним из путей повышения эффективно- сти процесса сушки является комбинированный подвод теплоты (кондуктивно-конвективный, конвективно-радиационный, микроволново- конвективный, микроволново-радиационный). Результаты теоретических и эксперименталь- ных исследований процессов сушки разнообраз- ных материалов при комбинированном (одно- временном, последовательном, циклическом) подводе теплоты приведены в [1–7] и др. Весьма перспективен одновременный микроволново- конвективный теплоподвод, позволяющий обе- спечить высокую скорость сушки и темпера- турный режим, необходимый для получения высококачественного продукта. В настоящей статье рассматривается тем- пературное поле в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново- конвективной сушке. Выбор рациональных режимных параметров такого процесса для конкретного материала (мощности магне- тронов, температуры и скорости сушильного агента, скорости слоя) может быть выполнен на основе анализа влияния указанных фак- торов на скорость сушки и поле температур. Ниже приведены результаты такого расчетно- го анализа, выполненного по зависимостям, полученным на основе двухкомпонентной го- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №138 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ , (1) , (2) Здесь: , м-1 (3) Р2= – (В1+В2) , (7) , (8) , м-1 (4) , (9) , К/м (5) , , К/м (6) где 2 м т т т аB с w α = ρ β 1 1 v т т т qH с w = ρ β 2 2 v т т т qH с w = ρ β 6a d β = 2v c duq r d = ρ τ Действие внутреннего положительного источника теплоты обусловлено поглощением микроволновой энергии влажными частицами, отрицательного источника теплоты – расходом теплоты на испарение влаги. Как видно из формул, температуры компо- нентов и темп их изменения по высоте сушилки зависят от физических характеристик, скоро- стей, температур компонентов на входе, интен- сивности межкомпонентного теплообмена, раз- мера частиц, производительности внутренних источников теплоты. В зависимостях (1,2) учи- тывается уменьшение интенсивности микровол- новой энергии в слое (и, следовательно, про- изводительности внутреннего положительного источника теплоты qν1 ) по мере удаления от входного сечения, где размещены магнетроны. Согласно экспериментальным данным [2,10], это уменьшение описывается экспоненциаль- ным законом : qν1= qν10·e-mx. (10) В случаях, когда коэффициент ослабления микроволновой энергии мал либо магнетроны размещены по всей высоте сушилки (т = 0, qν1 = const), зависимости для температур ком- понентов имеют вид: , (11) . (12) 2 2 21 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1( 1) ( ) ( ) Р x Р x Р xmxтВ xе Н е е H е Р Р Р m m m P P m P P P    ϑ ϑ = − + + + + + − −  − −    Γ 2 2 21 1 0 2 2 ( ) (1 )Р x Р x Р xmx т Г т Н Hе e е е m P P ϑ = ϑ +ϑ + − − − − 1 (1 ) м p аB с w α = ρ −βΓ Γ Γ 0 0 0 0 0; ; .т т т тt t t t t tϑ = − ϑ = − ϑ = −Γ Γ Γ Γ Γ 2 21 0 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1( 1) ( )Р x Р xтВ xе B H H е Р P P PΓ  ϑ ϑ = − + + ⋅ − −    2 21 2 0 2 ( 1)Р x P x т т H Hе e PΓ + ϑ = ϑ +ϑ + − могенной модели теплопереноса в движущемся слое при микроволново-конвективной сушке [8,9]. Ограничимся рассмотрением периода по- стоянной скорости сушки, в котором из мате- риала удаляется основное количество влаги. В этом периоде изменение температур газового (сушильного агента) и твердого (частиц) ком- понентов по высоте сушилки описывается следующими зависимостями: ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 39 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ ( )2 2 21 1 0 2 2 (1 )P x Р x Р xmx т т Н Нe е е е m Р РΓϑ −ϑ = ϑ ⋅ + − + − − 2 21 2 0 2 ( 1)Р x P x т т H Hе e PΓ + ϑ −ϑ = ϑ + − В одном и том же сечении при x = idem температуры компонентов различны, их разность определяется выражениями: при m≠0 , (13) при m=0 . (14) Она возрастает с увеличением разности тем- ператур на входе, размера частиц, уменьшени- ем интенсивности межкомпонентного тепло- обмена. По приведенным зависимостям были рассчитаны распределения температур в слое гречихи, пшеницы, овса, ячменя при различ- ных значениях производительности внутрен- них источников теплоты (qν1=104...106 Вт/м3, qν1= – 104...–105 Вт/м3), скорости сушиль- ного агента (wГ=0,02...2 м/с ), скорости слоя (wГ=0,5·10-3...1·10-3 м/с), коэффициента осла- бления интенсивности микроволновой энер- гии в слое ( m= –30; –6; 0 ). Скорость сушки, необходимую для расчета qν1 (см. формулу 9), определяли по рекоменда- циям [10], коэффициент ослабления микровол- новой энергии в слое – по экспериментальным данным [11]. На рис. 1 представлены кривые изменения температур компонентов в слое гречихи при следующих исходных данных: tГ2=100 оС, tm0=20 оС, d=0,004 м, u0=0,2 кг/кг. Как видно из графика, на начальном участке температура газа уменьшается, а тем- пература частиц возрастает в результате меж- компонентного теплообмена. При x = idem с увеличением значения qν1 0 температуры обоих компонентов незначительно возрастают. При x > 0,06 м температура частиц убывает, т.к. из- за существенного ослабления потока микро- волновой энергии в слое значение qν1 резко уменьшается и большее влия- ние оказывает отрицательный источник qν2. При уменьшении коэффициента ослабления т тем- пература газа снижается медленнее, а темпера- тура частиц растет быстрее (рис. 2, кривые 1,2). Рис. 1. Изменение температур компонентов по высоте сушилки при различных производительностях положительного источника теплоты: wГ= 0,2 м/с; wт= 0,001 м/с; qv2= –105 Вт/м3; 1 – qv10 =104 Вт/м3; 2 – qv10 =105 Вт/м3; 3 – qv10 =106 Вт/м3; --- частицы; ––– газ. При т = 0 (т.е. qv1 = const ) наблюдается суще- -ственное повышение температур компонентов по высоте сушилки. Результаты расчетов сви- детельствуют о том, что при сушке материалов с высокими коэффициентами ослабления со- средоточенный подвод микроволновой энергии во входном сечении неэффективен, необходимо ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №140 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ a б Рис. 2. Изменение температур газа (а) и частиц (б) по высоте сушилки при различных коэффициентах ослабления микроволновой энергии в слое: qv10 = 104 Вт/м3; qv2 = –105 Вт/м3; wГ = 0,2 м/с; wт= 0,001 м/с; 1– m = –30; 2 – m = –6; 3 – m = 0. обеспечить ее равномерный подвод на участке постоянной скорости сушки, размещая магне- троны по высоте сушилки. Далее приводятся результаты расчета при т = 0, qv1 = const. На рис. 3 представлено изменение по вы- соте сушилки температур компонентов и вла- госодержаний гречихи и кукурузы, для кото- рых при одинаковых мощностях магнетрона ( qv1 = idem) скорости сушки и, следовательно, зна- чения qv2, различны. При qv1 = 105 Вт/м2 для гречихи du/dτ = 0,5·10-4 с-1, qv2 = -5·104 Вт/м3, для кукуру- зы du/dτ = 0,15·10-4 с-1, qv2 = -104 Вт/м3. Как вид- но из рис. 3, а, температуры газа и частиц при сушке гречихи ниже, чем при сушке кукурузы в связи с большим влагосъемом и расходом те- плоты на испарение влаги: при высоте сушилки 0,4 м влагосодержание гречихи уменьшилось на 0,02 кг/кг, кукурузы – на 0,006 кг/кг (рис. 3, б). С увеличением скорости (и, следовательно, водяного эквивалента) газа, его температура на начальном участке понижается медленнее, а температура частиц растет быстрее в связи с увеличением коэффициента межкомпонентно- го теплообмена и температурного напора. По всей высоте сушилки температуры компонен- тов выше, чем при малых скоростях (рис. 4, кривые 1,2). Чем выше скорость слоя, тем медленнее растет его температура и тем ниже температу- ры обоих компонентов во всех сечениях (рис. 5, кривые 1,2). При x = idem разность температур компо- нентов растет с уменьшением скорости газа и увеличением размера частиц в связи с возрас- танием термического сопротивления межком- понентного теплообмена. Для всех указанных выше зерновых культур результаты расчетов аналогичны. На начальном участке газ охлаж- дается, а частицы нагреваются, темп их изме- нения определяется главным образом интен- сивностью межкомпонентного теплообмена. На некотором расстоянии от входного сечения ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 41 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ а б Рис. 3. Изменение температур компонентов (а) и влагосодежания (б) по высоте сушилки при различных производительностях отрицательного источника теплоты: qv1 = 105 Вт/м3, wГ = 0,2 м/с; wт= 0,001 м/с. 1 – кукуруза: qv2 = -5·104 Вт/м3, 2 – гречиха: qv2 = -104 Вт/м3; ------ частицы; ––––– газ . Рис. 4. Изменение температур компонентов по высоте сушилки при различных скоростях газа: 1 – wГ = 0,2 м/с; 2 – wГ = 2 м/с; qv1 = 105 Вт/м3, qv2 = -104 Вт/м3, wт= 0,001 м/с. ----- частицы; ––––– газ. Рис. 5. Изменение температур компонентов по высоте сушилки при разных скоростях слоя: qv1 = 104 Вт/м3, qv2 = -105 Вт/м3, d=0,004 м, wГ = 0,2 м/с, 1 – wсл =10-3 м/с, 2 – wсл =0,5·10-3 м/с. --- частицы; –––– газ. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №142 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Выводы 1. Зависимости (1, 2, 11, 12), полученные на основе гомогенной двухкомпонентной моде- ли теплопереноса, описывают распределение температур газового и твердого компонентов в плотном движущемся слое дисперсного мате- риала при микроволново-конвективной сушке. Они учитывают влияние на температурное поле свойств компонентов, их скоростей, входных температур, производительностей положитель- ного и отрицательного внутренних источников теплоты, коэффициента ослабления интенсив- ности микроволновой энергии в слое, интен- сивности межкомпонентного теплообмена, раз- мера частиц. 2. Проведенные по этим зависимостям расче- ты для различных зерновых культур позволили оценить влияние указанных факторов в широ- ком диапазоне их изменения на поле темпера- тур. 3. Использование приведенных зависимо- стей при расчетах микроволново-конвективных сушилок с плотным движущимся слоем по- зволяет выбрать для конкретного материала рациональные режимные параметры, которые обеспечивают высокую скорость сушки при температурном режиме, необходимом для полу- чения высококачественного продукта. ЛИТЕРАТУРА 1. Календерьян В.А., Волгушева Н.В. Ма- тематическая модель процесса сушки дис- персных материалов в движущемся плотном слое при комбинированном подводе теплоты // Придніпровський науковий вісник. – 1998. –№108 (175). – С. 11–16. 2. Волгушева Н.В. Кінетика сушіння щільного шару дисперсного матеріалу (на прикладі гречки) при різних способах підведення теплоти //Автореф. канд. дис. – Одеса, 2005. – 12с. 3. Рудобашта С.Н. Осциллирующие режи- мы в технике сушки некоторых растительных материалов // Тезисы докладов и сообщений. VI Минский международный форум по тепло- массообмену. – Минск. – 2008. – С. 36–37. 4. Mujumdar Arun S. Some recent developments in drying technologies appropriate for postharvest processing // Int. J. Postharvest Technology and Innovation. – 2006. – Vol. 1, No.1. – Р. 77–92. 5. Askari G.R., Emam-Djomeh Z., Mousavi S.M. Effects of Combined Coating and Microwave Assisted Hot-air Drying on the Texture, Microstructure and Rehydration Characteristics of Apple Slices // Food Science and Technology International. –2006. – No. 12(1). – P.39–46. 6. Chatterjee A., Basak T., Ayappa K.J. Analysis of microwave sintering of ceramics // AIChE Journal. – 1998. — Vol.44, No. 10. – P. 2301–2311. 7. Haghi A.K., Ghanadzadeh H. Experimental Study on Combined Infrared and Microwave Drying of Porous Media with Particular Application in Wood Industry // Int. J. of Applied Mechanics and Engineering. – 2006. – Vol. 11, No.4. – P.985–991. 8. Календерьян В.А., Волгушева Н.В., Бош- кова И.Л. Математические модели теплопере- носа в процессе сушки дисперсных материалов в плотном движущемся слое при различных способах подвода теплоты // Холодильна техніка і технологія. – 2008. – № 11(11). – C. 65–68. 9. Календерьян В.А., Волгушева Н.В., Бош- кова И.Л. Температурное поле в движущем- ся плотном слое дисперсного материала при различие между температурами компонентов становится незначительным, на темп и харак- тер их дальнейшего изменения основное влия- ние оказывает производительность внутренних источников теплоты. При достаточно высоких значениях qv1 температура частиц превышает температуру газа, направление теплового пото- ка изменяется. Приведенные зависимости позволяют определить для конкретного материала опти- мальные режимные параметры, обеспечиваю- щие высокую скорость сушки при допустимых температурах и высокое качество высушенного материала. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 43 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ микроволново-конвективной сушке // VI Мин- ский международный форум по тепло- и мас- сообмену. Минск, 19-23 мая 2008 г. – Т. 2. – C. 206–207. 10. Календерьян В.А., Волгушева Н.В., Бош- кова И.Л. Кинетика микроволновой сушки зер- новых культур // VI Минский международный форум по тепло- и массообмену. Минск, 19-23 мая 2008 г. – Т. 2. – C. 204–205. 11. Календерьян В.А., Волгушева Н.В., Бош- кова И.Л. Исследование кинетики сушки крупы гречихи в микроволновом электромагнитном поле // ИФЖ. – 2006. – T. 79, №3. – C. 123–127. Получено 13.10.2009 г.

Влияние режимных параметров на распределение температур в движущемся плотном слое дисперсного материала при микроволново-конвективной сушке

Репозитарії

Схожі ресурси