基于微波干燥生物材料的传热传质机理研究

论文摘要

长期以来,基于微波干燥生物材料的传热传质机理研究一直是此项技术发展的重点。微波干燥是一种典型的介电干燥方法,在交变的电磁场中,极化的物料水分子高速摩擦运动而产生热量,在物料中形成由内到外的正的温度和湿度梯度。因为影响微波干燥的因素很多,因此研究这些因素对物料干燥特性的影响对微波干燥技术的长足发展有着十分重要的意义。首先,系统介绍了微波干燥的基础知识、微波的概念和特性、微波干燥原理以及分析了在干燥过程中的传热传质的基本理论知识。并围绕微波内热能、微波干燥过程中物料特性进行模拟分析。其次,利用Lamber理论建立在干燥过程中圆柱体物料单位体积内吸收的微波能计算方程式。运用MATLAB软件,系统分析了微波输入功率、物料尺寸、介电常数对物料吸收微波能的影响。得出增加微波功率、降低物料厚度、提高介电损耗因子有利于物料吸收微波能；最后,利用了傅里叶传热理论以及FICK扩散理论建立微波干燥圆柱体物料的传热传质方程,并利用有限单元法对方程进行离散化处理。分析了在相同半径、相同厚度下各节点温度和湿度的变化规律,得出越远离物料中心的节点,温度上升越慢、干基湿含量越小；还对比分析了不同功率、频率、物料、风速、空气相对湿含量对物料平均温度和平均干基湿含量随时间的变化情况,为微波干燥合理选择这些因素提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微波干燥的国内外研究现状
• 1.3 论文研究的目的以及研究内容
• 1.3.1 论文研究的目的
• 1.3.2 论文研究的内容
• 第二章 关于微波干燥的研究
• 2.1 微波基础知识
• 2.1.1 微波的概念
• 2.1.2 微波特性
• 2.2 微波干燥的机理研究
• 2.2.1 微波的产生
• 2.2.2 微波干燥原理
• 2.2.3 微波干燥的优点
• 2.3 微波干燥的影响因素
• 2.3.1 物料的种类
• 2.3.2 物料的形状
• 2.3.3 其它影响因素
• 2.4 微波干燥需注意的问题及对策
• 2.4.1 通风方向及风量的选择
• 2.4.2 干燥室内的装载方式
• 2.5 本章小结
• 第三章 微波内热源的研究
• 3.1 微波内热源产生原理
• 3.2 内热源的推导
• 3.2.1 内热源
• 3.2.2 入射功率密度
• 3.2.3 物料吸收能量模型
• 3.3 物料的介电特性
• 3.3.1 介电特性参数
• 3.3.2 穿透深度
• 3.4 临界半径的分析
• 3.5 计算结果分析
• 3.5.1 数据处理
• 3.5.2 圆柱体物料的结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 物料传热传质研究
• 4.1 概述
• 4.2 热传导
• 4.2.1 温度场
• 4.2.2 导热控制方程
• 4.2.3 导热过程的定解条件
• 4.3 传质扩散方程
• 4.4 传质传热的耦合关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 对微波干燥过程中物料干燥特性的研究
• 5.1 引言
• 5.2 数学模型的建立
• 5.3 传热传质方程的建立
• 5.4 初始条件及边界条件
• 5.4.1 初始条件
• 5.4.2 边界条件
• 5.5 参数的选取
• 5.5.1 物料密度
• 5.5.2 物料的定压比热容
• 5.5.3 有效扩散率
• 5.5.4 有效热导率
• 5.5.5 对流传热系数和传质系数
• 5.5.6 物料初始干基湿含量和表面空气相对湿含量
• 5.5.7 物料初始温度和表面温度
• 5.5.8 汽化潜热量
• 5.6 物料的选择
• 5.7 计算方法
• 5.7.1 控制方程的离散
• 5.7.2 平均温度与平均干基湿含量求导
• 5.7.3 模拟步骤
• 5.8 计算结果分析
• 5.9 影响因素分析
• 5.9.1 功率的影响
• 5.9.2 频率的影响
• 5.9.3 不同物料的影响
• 5.9.4 不同风速的影响
• 5.9.5 不同空气相对湿含量的影响
• 5.10 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 存在问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B