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[博士论文] 白贵平
供热、供燃气、通风及空调工程 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:涂布干燥是胶片生产的关键工序,也是胶片生产过程能耗最高工序。胶片干燥根据工艺需求,干燥过程分为冷定型、恒速干燥、降速干燥和热湿平衡四个阶段。每段的干燥温度要求不同,热湿传递的主要动力不同,影响干燥速率的因素也不同。为了提高产品的稳定性,工程设计中采取“降低胶片移动速度,加长干燥线长度”的措施。这样的设计导致了生产效率低,设备占用空间大,运行能耗高。对于低湿恒温干燥,循环空气的热湿处理采用转轮除湿,除湿能耗非常高。本文以“提高干燥胶片速率、降低能耗”为目标,研究胶片热风冲击射流干燥过程的机理及特性,并对干燥箱结构、热湿处理方法、冷热源系统等进行优化。本文的研究工作和成果主要包括:
  (1)针对胶片乳剂涂层,采用多孔介质热湿耦合传递理论,引入“非平衡热力学理论”,对干燥过程中其内部的热湿迁移和干燥速率进行了模拟分析研究。结果表明,由于胶片乳剂涂层内部温度梯度与含湿量梯度方向相反,湿分在某些特定的条件下,会向内部移动,内部某一区域呈现局部含湿量高于两侧含湿量的情况;对于降速干燥段,表面传热系数对干燥速率的影响并不大,此过程干燥速率主要受内部因素影响,在干燥工艺允许的情况下,适当提高干燥温度是提高该段干燥速率的有效方法。
  (2)通过数值模拟,研究了在胶片热风冲击射流干燥过程中,空气的温度、湿度、速度、胶片的移动速度等关键因素对干燥速率的影响。研究过程考虑了胶片移动与自然浮力等影响因素,并采用非稳态方法进行求解。结果表明,冲击射流的垂直轨迹和平板对射流尾部流体的剪切力不同,这可能增大或减小热浮力。冲击射流速度小于0.1 m/s时,热浮力流起主要作用,同时可能出现两个逆时针的环流,在这种情况下,热湿分布出现分层,由于受到热湿分层的阻挡,传热传质速率被严重抑制。随着冲击射流速度的增加,热浮力的作用相对逐渐减弱,传热传湿速率提高。
  (3)针对纵置式和横置式两种风口布置形式,以送风“不均匀系数”和“布风特性系数”评价指标,通过三维数值模拟对干燥箱结构进行了优化设计。结果表明,喷嘴正对位置气流速度最大,带走水分和热量的速度也最快。偏离喷嘴正对越远,壁流速度逐渐减小,相应的干燥效率越低;喷嘴结构相同时,送风口风速增大,干燥箱的气体不均匀系数也随之增大,不利于胶片干燥,这说明并非送风速度越大,胶片干燥效果越好;当送风量一定时,喷嘴结构对干燥箱的气体流场影响较大;在喷嘴的水力直径D和风口距离冲击面高度H之间的关系满足D≈ H/5条件下,适当提高干燥箱的空间,有利于增加射流体的逸出空间,提高干燥箱内气体流场的均匀性,提高干燥效率。
  (4)通过(炯)分析计算得到了冷冻除湿在该干燥领域的应用极限条件,首次把溶液除湿应用于胶片热风冲击干燥系统。对不同干燥段选用不同的除湿方法进行了能耗对比,并对不同干燥段如何选用冷热源及处理方法进行了定性研究。结果表明,对于没有采用热回收的冷冻除湿系统,能耗最高,经济性最差;当采用热回收时,采用冷冻除湿经济性大幅度提高,运行成本要低于无热回收措施的转轮除湿与溶液除湿。当处理后的空气干球温度低于10.5℃时,常规冷水机组提供的冷冻水就不能满足要求。当热源采用生物质能等廉价清洁能源时,转轮除湿与带热回收冷冻除湿系统的优越性逐步提升。当采用天然气时,冷却除湿的成本低于溶液除湿。但当采用生物质时,转轮除湿在高温段的运行成本更低。溶液除湿在不同干燥段运行成本均相对较低,当可以使用生物质热能时,溶液除湿为最佳方案;当采用天然气作为再生热源时,低温段采用溶液除湿,高温段采用冷冻除湿更经济。
摘要:建立了链条炉机械拨火对床层燃烧影响的动力学模型,并对链条炉机械拨火特性进行了现场试验研究测试。研究结果表明,链条炉采用动态机械拨火可有效提高燃烧效率实现节煤,这对既有工业锅炉的节能改造有实用参考价值。
摘要:节能玻璃在建筑节能工程上的应用日趋广泛,然而在节能设计空调负荷计算中所采用的玻璃热工参数与检测中给出的热工参数在意义及数值上都有差别,本文就此问题进行讨论和分析,认为在空调负荷计算中传热热阻不应包括辐射换热热阻。
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