基于傅里叶数法与优化法的污泥过热蒸汽干燥有效扩散系数研究

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1、中图分类号：X705硕士学位论文基于傅里叶数法与优化法的污泥过热蒸汽干燥有效扩散系数研究指导老师吴起指导老师张绪坤教授学科、专业机械工程2015年06月学校代码：10406分类号：X705学号：120085201007南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）基于傅里叶数法与优化法的污泥过热蒸汽干燥有效扩散系数研究（国家自然科学基金资助项目NO.51168038）硕士研究生：吴起导师：张绪坤教授申请学位级别：硕士学科、专业：机械工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2015年06月授予学位单位：南昌航空大学Researchoneffectivediffusivit

2、yofsludgeinsuperheatedsteamdryingbasedonFouriernumbermethodandoptimizationmethodADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMechanicalEngineeringbyWuQiUndertheSupervisionofProf.ZhangXukunSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015摘要根据国

3、家住建部通报，截至2014年底，我国污水处理厂与污水处理能力相比2009年分别增加了82.7%、53.9%，污水体量急剧增长的同时污泥年产量也日益增大。污泥干燥是污泥质量和体积急剧减小的有效途径并能提高稳定性，为污泥后续处理处置提供极大的方便。过热蒸汽干燥作为节能效果明显、尾气排放少、有效杀灭病毒微生物等的新型干燥技术，非常适合能耗占比很大的污泥干燥。有效扩散系数是污泥干燥过程中反应湿分传输机理的关键参数，是干燥参数优化和干燥机设计的重要传递特性。为进一步研究污泥薄层在过热蒸汽干燥中湿分扩散机理与有效扩散系数，搭建了常压对流过热蒸汽干燥试验平台。本文根据干燥法测定有

4、效扩散系数计算时往往忽略物料湿含量变化对有效扩散系影响，采用有效扩散系数依赖于物料湿含量而变化的傅里叶数法和单从优化搜索角度出发的优化法分别计算2、4、6和10mm厚度污泥薄层，在120～280℃过热蒸汽温度下的有效扩散系数，分析有效扩散系数与过热蒸汽温度、薄层厚度之间的关系。计算分析结果表明：采用傅里叶数法和优化法得出的有效扩散系数数值基本一致，能更为精确反应污泥薄层过热蒸汽干燥有效扩散系数值及变化特性；傅里叶数法和优化法算得4mm厚度污泥在120～280℃过热蒸汽干燥有效扩-10-92-10-92散系数分别为2.52×10～2.93×10m/s与2.75×10～

5、3.32×10m/s；2、4、6和10mm厚度污泥在160℃过热蒸汽干燥时2种方法计算的有效扩散系数分别为-10-92-10-923.84×10～2.28×10m/s与4.40×10～2.72×10m/s；有效扩散系数随着过热蒸汽温度、薄层厚度增大而逐渐增大，并成线性关系。通过多元线性回归得到2种方法计算的有效扩散系数与干燥温度、薄层厚度简化的表达式，决定系数分别为0.9982、0.9956。计算结果可为污泥薄层过热蒸汽干燥湿分扩散过程与有效扩散系数的变化分析提供参考。关键字：过热蒸汽，干燥，有效扩散系数，傅里叶数，优化，污泥IAbstractDatafromthe

6、Departmentofhousingconstructionrevealedthat,bytheendof2014,thenumberofsewagetreatmentplantsandthesewagetreatmentcapacityincreased82.7%and53.9%respectivelycomparedtotheyear2009.Consequently,theannualyieldofsludgeincreaseddramaticallywiththeincreasedamountofsewage.Sludgedryingisagoodwayt

7、oreducethemassandvolumeofsludge,whichwouldpromoteitsstability,andasaresultprovidegreatconvenienceforlatertreatmentanddisposal.Superheateddryingisanewdryingtechnologywhichhavetheadvantagesofenergy-saving,lowgasemissionandeffectivesterilization.Withthesecharacteristics,itwassuitablyint