文档介绍：第卷第期工程热物理学报,
年月盯,
加热方式对真空冷冻干燥过程的影响
王朝晖施明恒
东南大学动力系南京
摘要
以平板状饱和牛肉为对象, 对不同供热方法下冷冻千燥过程的传热传质进行了数值计算与实
验研究, 分析比较了表面加热与微波加热两种供热方式对冻干过程的影响, 为冻干过程中供热方式
的选择提供了理论依据及分析方法。
关键词冷冻干燥, 微波加热, 辐射加热
引言
冻干过程具有独特的优点, 己在食品、医药、生物、化工、材料等领域得到了应用。
但是, 由于冻干产品具有很高的成本, 限制了它的进一步推广应用。这与冻干过程的供
热方式有很大关系。
当前生产中采用的真空冻干机主要供热方法是辐射加热或接触加热, 属表面加热。
微波加热属容积加热, 目前仍处于发展阶段。两种供热方式各有优缺点。表面加热设备简
单, 但物料干层导热系数非常小, 又由于物料可承受温度的制约, 限制了其供热功率。
容积加热能克服小导热系数的缺点, 但其设备复杂, 真空状态下气体放电及物料冻区的
熔化, 又限制了加热功率密度的增大。实际冻干过程究竟采用哪种供热方式, 需要对各
种工况进行具体分析。
文献中对单一加热方法下冻干过程的研究, 已经有了很多报道, 如文献、」利用
简化后所得解析解对表面加热的冻干过程进行了理论分析, 和, 利用一般热
质传递冻干模型对微波冷冻干燥过程进行了数值分析, 并作了实验研究。文献【对
分别采用辐射加热和微波加热两种不同供热方法的冷冻干燥作了一些简单比较。另外,
文献【, 对微波和辐射联合加热的冷冻千燥过程也进行了一些分析。但是, 对同一物
料采用不同加热方式所产生的传热传质以及干燥特性方面, 则缺乏系统的分析与比较。
本文将用一般的热质传递冻干模型, 对各种供热方法下饱和物料冻干过程进行
系统分析与比较, 同时利用自行研制的试验台呻, 对微波加热与表面加热的冷冻干燥
工况分别进行实验研究, 为实际冻干过程加热方法的优选提供理论依据与分析方法。
数学模型
本文对平板状饱和含湿多孔介质的冻干过程进行分析。对如图所示的冻干过程,
物料内各区的控制方程为
干区
水蒸汽连续性方程
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国家自然科学基金资助项目。
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。
期王朝晖等加热方式对真空冷冻干燥过程的影响
式中‘为孔隙率, 。为水蒸汽密度, 。为有效扩散系数。
能量守恒方程
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式中为物料密度, 为物料比热, 人为导热系数,
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为内热源强度。
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能量守恒方程
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式中二。为物料最大含湿量, 为升华前沿位置△为冰升华潜热
。定解条件
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式中为物料计算厚度物料厚度的一半, 即占
对两面对称