559 热敏物料低能耗干燥装置-对流干燥室-传热方程

干燥室结构

对流型干燥室结构如下图（详细内容请参见第555篇）。

传热方程

当干燥室内通过空气流动实现物料中排出的水蒸气转移至吸湿溶液，吸湿溶液放出的热能转移至物料时，空气在吸湿溶液及物料表面的对流换热可近似按如下方程估算。

雷诺数

空气流动雷诺数：

Re=uL/v

努谢尔特数

当Re<5*10⁵时，为层流，努谢尔特数计算式为：

Nu=0.664Re^0.5Pr^0.33

当10⁷>Re>5*10⁵时，为紊流，努谢尔特数计算式为：

Nu=(0.037Re^0.8-850)Pr^0.33

换热系数

对流换热系数为：

a=kNu/L

换热量

对流换热量方程为：

Q=a_LF_L(T_L-T_A)

=a_MF_M(T_A-T_M)

上面各式中，Re为雷诺数，无因次；u为空气在吸湿溶液或物料表面的流速，m/s；L为吸湿溶液表面或物料表面的当量长度，m；v为空气的运动黏度，m²/s；Nu为对流换热努谢尔特数，无因次；Pr为空气的普朗特数，无因次；a为对流换热系数（下标L表示吸湿溶液相关参数，下标M表示物料相关参数），W/(m².℃)；k为空气的热导率，W/(m.℃)；Q为换热量，W；F为换热面积，m²；T_A为空气温度，℃；T为吸湿溶液或物料温度，℃。

定性温度

查取空气热物性时采用空气与吸湿溶液的平均温度或空气与物料的平均温度。

计算示例

设空气与吸湿溶液、空气与物料的平均温度均约为50℃。

50℃时空气的热物性为：

热导率0.0283W/(m.℃)；

运动黏度17.95*10^-6m²/s；

普朗特数0.698；

设空气在吸湿溶液表面或物料表面的流动速度为1.0m/s，在吸湿溶液和物料表面流动的当量长度均约为0.5m；

则空气流动雷诺数为：

Re=uL/v=1.0*0.5/(17.95*10^-6)

=27855<5*10⁵

努谢尔特数为：

Nu=0.664Re^0.5Pr^0.33

=0.664*27855^0.5*0.698^0.33

=0.664*166.9*0.888

=98.4

对流换热系数为：

a=kNu/L=0.0283*98.4/0.5

=5.57W/(m².℃)

设吸湿溶液温度50℃，物料温度45℃；吸湿溶液换热面积1.0m²，物料换热面积4.0m²；则由：

a_LF_L(T_L-T_A)=a_MF_M(T_A-T_M)

5.67*1.0*(50-T_A)=5.67*4.0*( T_A-45)

干燥室内循环空气温度约为：

T_A=46℃

计算出的空气温度（46℃）与计算开始时假设的温度（50℃）略有差别，软件模拟计算时可采用迭代方法获取较精确的值。

此外，应用软件进行模拟分析中，对空气在吸湿溶液表面的流动长度、空气在物料表面的流动长度、空气与吸湿溶液的换热面积、空气与物料的换热面积等均需要较精细的考虑和计算。