Вятская государственная сельскохозяйственная академия, г. Киров, Россия
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВНЕШНЕГО ТЕПЛО- И ВЛАГООБМЕНА ПРИ СУШКЕ ПЛОТНОГО ЗЕРНОВОГО СЛОЯ
С РЕВЕРСИРОВАНИЕМ СУШИЛЬНОГО АГЕНТА
Резюме
Исследование процесса сушки плотного зернового слоя с изменение направления движения сушильного агента на противоположное, в лабораторных условиях, позволило установить основные закономерности этого процесса и определить влияние данных режимов на неравномерность сушки зерна.
ВВЕДЕНИЕ. При анализе процессов теплопло- и влагообмена в плотном слое целесообразно использовать методы, основанные на определении скорости перемещения зон нагрева и сушки. Целью настоящей работы является установление данных закономерностей
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Опыты проводились на лабораторной установке кафедры сельхозмашин Вятской ГСХА[1]. Направление движения сушильного агента через зерновой слой изменяли перестановкой заслонок на воздуховодах.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Графики температурного поля зернового слоя для различных моментов времени свидетельствуют о перемещении зоны нагрева в направлении движения воздуха. Эти графики мы получили, обработав термограммы процесса. Так как термограмма фиксирует моменты времени с определенным интервалом в различных частях слоя, то возможно по опытным данным определить скорость перемещения зоны нагрева.
Графики развития температурного поля при режиме с реверсированием сушильного агента (рис. 1) показывают, что при реверсировании зерновой слой прогревается более равномерно и за более короткий срок. При этом нижний слой находится под воздействием повышенных температур в течении значительно меньшего промежутка времени, чем при постоянном режиме, что снижает опасность его перегрева.
Процесс теплопереноса происходит при падающей скорости перемещения зоны теплообмена. Это можно объяснить тем, что при сушке зерна в толстом слое не наблюдается ярко выраженной зоны нагрева – температура в слоях зерна, расположенных более чем на 0,05 м от места подачи в слой сушильного агента не достигает температуры сушильного агента при высушивании наиболее удаленной части слоя до кондиционной влажности. Процесс сушки при этом протекает следующим образом. Теплота сушильного агента расходуется в некоторой части зернового слоя на испарение влаги и нагрев материала. Протекание этих процессов приводит к увеличению температуры данного объема зерна, что вызывает повышение температуры сушильного агента на выходе из этого объема. В результате начинается прогрев следующей прилежащей части слоя, а это повлечет за собой увеличение высоты зоны нагрева и перемещение ее передней границы.
С увеличением высоты зоны нагрева возрастает расход теплоты внутри ее, а количество теплоты, необходимой для прогрева последующих слоев, сокращается. В результате происходит соответствующее снижение скорости перемещения передней границы зоны нагрева. Поэтому, проходя через слой зерна, скорость теплового потока постепенно замедляется. Тепловой поток как бы гасится или поглощается впереди лежащими слоями.
Анализ изменения скорости перемещения тепловой волны t = 30°С между 3 и 4 термопарами (Н=0,2 м) (рис.2) при различных режимах показал, что наиболее существенное влияние на процесс теплообмена оказывает скорость движения сушильного агента через слой. Так изменение скорости фильтрации агента сушки с 0,2 м/с до 0,4 м/с увеличивает скорость движения тепловой волны t = 30°С в 2 раза (от 0,05 м/ч до 0,13 м/ч).
При реверсировании агента сушки (рис.3) скорость теплового потока с противоположной стороны слоя резко возрастает, но в дальнейшем также уменьшается, как и до реверса, гасясь в слоях зерна, через которые он проходит. Следовательно, при реверсивной продувке слоя прогрев его будет ускорен за счет более быстрого прогрева противоположной части слоя.
При частом реверсе тепловому потоку потребуется значительно больший промежуток времени, чтобы прогреть весь слой, так как каждый раз при изменении направления движения сушильного агента зона нагрева начинает распространяться от начала слоя, а на перемещение ее в высушенных слоях требуется определенный промежуток времени, причем скорость ее перемещения гасится этими слоями.
Процесс сушки при реверсивной продувке слоя можно проанализировать по кривым, характеризующим скорость сушки в различных частях слоя (рис 4).
Анализ кривых скорости сушки показывает, что скорость сушки в различных частях слоя в один и тот же момент времени различна. Так, в начальный период сушки при дутье снизу вверх максимальная скорость наблюдается в нижнем слое (кривая 1). С течением времени скорость сушки в этом слое падает. Скорость сушки в среднем слое (кривая 2) в начальный период плавно возрастает, достигает максимума, а затем начинает снижаться. В верхнем слое скорость сушки длительное время равна 0 (кривая 3), а затем начинает плавно возрастать.
В момент реверса, при дутье сверху вниз, картина меняется. Резко увеличивается скорость сушки верхнего слоя (кривая 3), достигая максимума, после чего она начинает снижаться.
В среднем слое (кривая 2) в первый момент после реверса, скорость сушки уменьшается, но довольно скоро начинает снова возрастать.
В нижнем слое (кривая 1) скорость сушки падает до 0, а в нашем опыте даже произошло его незначительное увлажнение.
Из данного анализа можно сделать вывод, что при сушке зерна в слое в периоде падающей скорости находится только нижний слой (при подаче сушильного агента снизу). В остальных слоях скорость сушки возрастает, достигает максимума, а затем начинает снижаться.
Реверс обеспечивает резкое возрастание скорости сушки верхнего слоя в то время, как в нижнем слое скорость сушки равна 0.
Из анализа кривых скорости сушки можно сделать вывод, что наиболее интенсивно процесс сушки протекает в той части слоя, с которой непосредственно соприкасается агент сушки. Наиболее длителен процесс сушки в среднем слое, скорость сушки в котором минимальна.
Следовательно, контроль качества высушиваемого зерна нужно осуществлять по крайним слоям, а контроль за окончанием сушки вести по среднему слою.
Анализ кривых скорости сушки по слоям раскрывает процессы, протекающие в отдельных частях слоя, но не позволяет судить о процессе сушки слоя в целом. Для описания влагообмена в слое рационально использовать методы, основанные на скорости перемещения диффузионной (влагообменной) волны. При этом целесообразно рассматривать перемещение выделенного в волне сечения с фиксированной влажностью, так как определение границ зоны влагообмена затруднительно. А так как задачей сушки является получение зерна кондиционной влажности, то за фиксированную влажность удобнее принять ωск=16,3%.
Анализ графика развития поля влажности (рис. 5) показывает, что при подаче сушильного агента сверху –вниз вначале высыхает верхняя часть слоя, влажность в которой достигает кондиционной через 4,3 часа. В дальнейшем и последующие слои достигают кондиционной влажности через определенный промежуток времени. Реверсирование позволяет ускорить досушивание верхней части слоя. При этом процесс сушки в верхней части слоя приостанавливается и зерно не пересушивается.
При постоянных параметрах процесса, зона влагообмена ωск перемещается в слое с постоянной скоростью, зависящей от режима сушки и не зависящей от высоты слоя. Это говорит о том , что процесс сушки толстого слоя определяется внешним влагообменом и не лимитируется внутренним влагообменом.
Между скоростью продвижения влагообмена волны V ωск и скоростью сушильного агента Vсуществует линейная зависимость (Рис.6) :
где Hoωck –видоизмененный критерий гидродинамической гомохронности, хорактеризующий изменение с течением времени скорости перемещения влагообмена волны ωск;
Vωck- скорость перемещения влагообменной волны ωск, м/ч;
V-скорость сушильного агента,м/c.
.
ВЫВОДЫ. Время прогрева плотного слоя зависит от режима сушки, причем скорость перемещения тепловых волн замедляется нижележащими слоями.
Использование метода описания прогрева слоя, основанного на скорости перемещения тепловой волны и сечения фиксированной влажности, наглядно показывают преимущества реверсирования сушильного агента , которое позволяет ускорить процесс прогрева слоя сократить время воздействия высокой температуры на зерно со стороны подвода агента сушки и снизить неравномерность сушки.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВНЕШНЕГО ТЕПЛО- И ВЛАГООБМЕНА ПРИ СУШКЕ ПЛОТНОГО ЗЕРНОВОГО СЛОЯ
С РЕВЕРСИРОВАНИЕМ СУШИЛЬНОГО АГЕНТА
М.И. Наймушин
Резюме
Исследование процесса сушки плотного зернового слоя с изменение направления движения сушильного агента на противоположное, в лабораторных условиях, позволило установить основные закономерности этого процесса и определить влияние данных режимов на неравномерность сушки зерна.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
