加热方式对真空冷冻干燥热质传递机理的影响.pdf

文档介绍：
,
第
卷第
期工程热物理学报


年
月
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加热方式对真空冷冻干燥
热质传递机理的影响
杜小泽齐锡龄
王补宣


清华大学热能工程系北京
天津大学热能工程系天津
关键词冷冻干燥, 传热传质, 加热方式

引言
真空冷冻干燥
简称真空冻干
是多孔介质在低温低压下相变界面移动的祸合传热传
, , 。,
质过程其数学模型带有典型的非线性难于精确求解,
】从应用上而言真空冻干
。
具有设备投资高, 能耗大, 干燥时间长的缺点能量的供应即加热方式、升华水汽的流
、。
动条件物料的输运性质是影响真空冻干性能的主要因素
本文以牛肉的真空冷冻干燥过程为例, 建立过程的非稳态数学模型, 利用数值求解
的结果, 结合实验分析, 研究了通过干层的辐射加热和通过冻结层的导热加热条件下真
空冻干过程中传热传质的机理, 分析了加热方式对缩短干燥时间的影响。

数学模型
,
利用升华界面均匀后移
工
的假设
’建立如下数学模型

干层导热方程
丁。
二
二

三

冻结层导热方程
。

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三

干层传质方程
、

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“
,
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、
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口
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护
击
三
司了
心
勺
、

初始条件
二
二



边界条件

二

本文曾于
年
月在北京召开的中国工程热物理学会传热传质学学术会议上宣读
期杜小泽等
加热方式对真空冷冻干燥热质传递机理的影响
了

‘、
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尹、

一
几
,


一

界面条件

二、
二
热量平衡方程
一勺。口
析
一
可
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由
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质量平衡方程

口
口
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口
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其中, 物料的表面温度和底部温度分别对应辐射加热和导热加热温度
升华界面温度通
过克劳修斯一克拉伯龙方程确定

二
几一
几
乃
习
, , , ,
上面各式中
为温度
为水汽浓度
、为冰晶密度‘为干层孔隙率
为升
, , , , , ,
华潜热下角标, 为表面
为底部。为升华界面
为干层
为冻结层
表示
。
有效值
,
以预冻结温度为一
的牛肉为例对模型在计算机上应用变时间步长有限差分法
。
求解

计算结果及分析
图
比较了辐射和导热同时进行的混合加热条件下以及辐射加热条件下升华界面位
置随时间的变化, 曲线的斜率反应了干燥速率。在相同的辐射加热温度下, 混合加热的
。
初始干燥阶段, 干燥速率反而低于辐射加热条件下的干燥速率这是因为实际干燥过程

中用于干燥的热量主要有两个作用
提供升华冰晶所需的升华潜热
提高物料
。
温度曲线反应了能量在这两部分作用上’习, 子

, ,
的分