毕业论文（设计）褐煤球微波干燥特性及泵效应研究

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1、褐煤球微波干燥特性及泵效应研究摘要：本文通过对褐煤球的微波干燥特性进行实验，分析微波功率(231,385,539和700W)对两种直径(10和20mm)褐煤球微波干燥特性的影响规律。结果表明：褐煤球微波干燥的整个过程分为升速阶段、恒速阶段(231・539W)和降速阶段。微波功率越强，平均干燥速率越大，褐煤球直径为10mm和20mm时，微波功率从231W升高到700W,平均干燥速率分别提高73.2%和55.9%,功率对平均干燥速率的影响随褐煤球直径的增大而减小。直径为10mm和20mm的褐煤球降速

2、段活化能分别为134.94Wg1和41.93Wg基于Maxwell方程对物料屮微波能分布情况进行数值模拟，发现微波能集屮区域位于其儿何屮心下方，实验结果表明褐煤球内部温度较高区域也位于英儿何屮心下方，随着褐煤球直径从10mm増大到20mm,共内部微波能分布均匀性变差，温度分布均匀性降低2.5%。在泵效应的作用下，褐煤球中的部分水分以液态的形式从褐煤球内部快速脱除，微波功率越人，泵效应越明显。关键词：褐煤球；微波；动力学；传热学；泵效应0前言煤炭是我国的主体能源，随着煤炭资源的大量开采和消耗，高

3、阶煤炭资源短缺已逐渐成为我国经济发展屮的突出问题，开发利用低阶褐煤对满足我国能源需求及实现节能减排目标具有重要意义。褐煤储量丰富，约占我国煤炭储量的13%［1］,并且具有价格便宜、挥发份含量高等优点。褐煤水分含量高，直接燃烧热效率低，设备磨损严重［2］,因此在褐煤能源利用中对其进行预先干燥处理显得尤为重要。传统的热干燥方式主要通过热对流、热传导或热辐射的方式将热量传递到物料表面，物料表面再以热传导的方式将热量传递到物料内部，使得物料内部温度升高，这些加热方式不仅效率低、吋间长，还易造成表面过热。

4、微波干燥作为新兴的干燥方式依赖于微波加热，是通过微波交变电磁场与物料内部极性分子(主要为水分子)的相互作用而直接在内部产生大量热量［3］。微波干燥时，物料内部温度梯度与湿分迁移的方向相同，即传热与传质方向一致，改善了湿分迁移条件。并且物料内部蒸汽压快速升高，形成压力梯度，水分可在“泵”效应的作用下以液态或气态形式从内部快速排出，因而利用微波脱除物料内部水分是一种有效的干燥方法。微波是正弦传播的电磁波，其分布不均匀且随时间呈动态变化。反射波与行进波易干涉而产生驻波，驻波的波腹位置能量密度最高，波节

5、位置能量密度最低，进一步影响分布的均匀性［4］,并且微波场更易受到多孔介质这种各向异性结构介电特性动态变化的影响而加重其分布不均匀度，1在微波加热过程中，微波场分布不均匀会造成物料内部温度分布不均匀，松散多孔介质热扩散系数小，易形成“热斑”，造成局部热失控［5］,严重影响内部传递特性。Zhu等［6］对褐煤薄层进行微波干燥(300-1000W)实验研究，获得降速段的有效湿分扩散系数为8.44x10川0?『・7.93%10叫1?『，活化能为77.05Wg"。Pickles等［7］对褐煤薄层微波干燥(

6、160・560W)的动力学特性进行实验研究，得到褐煤的有效湿分扩散系数为6.45X107m2sd-2.84xW6m2s'1,活化能为10.96Wg'oStandish等［8］通过实验比较了球形(d=13・30mm)和圆柱形(d=20-30mm,h=15mm)褐煤在微波为650W下的干燥速率，指出当直径一定吋，球形褐煤的干燥速率大于圆柱形褐煤cFu等［9］通过对褐煤薄层(80mmx80mmxlOmm)进行微波干燥(119-700W)特性研究，发现物料中心点温度较低，而边角温度较高。Zhou等［10

7、］对圆柱形(d=50mm,h=40mm)土豆块在微波干燥(700W)时的传热特性进行实验研究，发现土豆块中心轴线处温度较高，而中心轴线和圆柱表面之间区域温度较低。Song等［11］在煤泥球(d=30-60mm)微波干燥试验(320・800W)中也发现煤泥球中心点温度较高而表面温度较低。Campanone等［12］在球形牛肉块微波干燥实验中获得类似结论。Gulati等［13］利用红外基金项目：国家口然科学基金资助(51376017)中央高校基木科研基金(KMJB15005536)热像仪对球形土豆块

8、微波干燥过程屮温度分布特性进行研究，实验发现温度较高区域位于其几何中心左下方且球形土豆块表面温度最低。Lu等［14］基于Lambert定律模拟计算球形土豆块内部微波能的分布情况，土豆块直径为60mm和56mm时，微波能主要分布在土豆块表面，而当直径为32mm和28mm时，微波能主要分布在土豆块儿何屮心位置。Zhang等［15］基于Maxwell方程描述球形土豆块、冷冻蔬菜、肉类和火腿内部微波能的分布规律，结果表明微波能集川区域与穿透深度有关,穿透深度较大，微波能易集中在其几何中心，穿透深度较小，