流化传热(使用烧结窑证明多孔介质内部高强度传热的非博里叶效应)

Posted 2023-05-31

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流化传热(使用烧结窑证明多孔介质内部高强度传热的非博里叶效应)

高强度干燥过程通常是指那些发生在高紊流区内的对流干燥、薄膜干燥和高热流密度作用下的瞬态加热干燥过程，例如粉体实验回转窑、锂电烧结窑、对撞流干燥、激光脉冲加热干燥以及喷雾流化干燥等等．这些干燥过程的特征是整个干燥过程进行的时间很短，干燥过程是在以秒计的时间区间内完成的．

由于过程强度高、时间短，干燥物料内部将出现一系列与常规现象不同的传热特征．这些超常传热的机制十分复杂且难以进行测定．目前，人们对它们的了解还很不够，大大影响了这些高强度干燥技术的进一步发展和实用化．因此，使用石墨粉体材料回转窑研究高强度干燥过程中多孔介质内部的超常传热不仅具有重要的理论意义和学术价值而且直接影响到高强度干燥新技术的发展。已成为多孔介质传热研究中一个极为关键的前沿课题．

问题的提出:

传统上计算干燥过程中物料内部温度场所用的导热方程是以傅里叶定律为基础的．它是根据稳态热传导实验得到的一个现象学定律，在研究上述高强度干燥过程时，需要了解将傅里叶定律简单地推广到瞬态热传导过程，能否正确地反映出过程的真实特征．一般情况下，凤谷粉体材料烧结窑的使用过程当中当物料某处出现一个热扰动或热驱动力(aT／3x)时，它将以某一速度在物料内部传播．如果定义从温度梯度产生到热流的建立所需的时间为热松弛时间r，那么傅里叶定律隐含着热扰动以无限大的速度在物体内传播的假设，满足这一假设时，瞬态热传导问题仍可用傅里叶定律来描述．对于大部分工程上发生的常规导热过程，这一假设基本正确．因为对大多数固体材料，热松弛时间很短，其值大概在l0～100s范围内，而气体的热松弛时间也只有10-18s．但是对于高强度干燥过程而言，整个过程仅发生在以秒计的时间区间内．凤谷回转窑内部传热过程十分激烈，傅里叶定律就不再适用了．不少实验测定表明…，对于多孔物料与多孔颗粒堆积床而言，其热松弛时问可以高达几秒到几十秒．显然在多孔介质的高强度干燥过程中，热扰动传播速度为无限大的假设就不能成立．在计算热量迁移时，将会引起较大的误差．过程进行得越激烈，即(aq／~r)越大，则导热过程偏离傅里叶定律就越远这时在导热过程中需要考虑热扰动的有限传播速度问题．