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基于ANSYS的普洱茶微波干燥过程温度场的数值分析

作　者: 蔡云秀
导　师: 彭增华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 微波干燥普洱茶温度场数值分析
分类号: TS272.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

微波加热技术是利用微波这一特殊波段所具有的一些特性以及它与被加热介质耦合来产生热量,从而使材料整体加热至所需温度。它具有加热速度快、加热均匀、高效、易控制、安全环保等优点。将微波加热技术应用于普洱茶的干燥是一条崭新的加工途径,其可行性已经得到证实。但加工普洱茶需要严格控制温度,在实际的应用过程中,对于微波加热体,尤其是固体加热样品温度变化的测量存在着一定的困难。这主要是因为温度测量装置会干扰电磁场或干扰温度场。因此,用数值分析的方法来探寻微波加热体温度变化规律是一个很有意义的研究课题。微波干燥作为一种新型的干燥技术有着诸多的优点,但国内外对其传热传质的研究甚少,目前主要以试验研究为主,数值分析较少,本文根据有限元方法,建立了微波干燥过程中物料内部传热传质的数学模型,并利用有限元软件对其进行了温度场的数值模拟和分析。具体研究内容和主要结果：通过深入分析微波加热物料的机理,包括物料吸收功率,微波穿透深度及相关介电参数,了解到物质在微波场中,其单位体积的热能转换取决于微波电场强度的平方、频率以及物质的介电特性；在微波加热有内热源分布的情况下,得出有关微波内热源问题的热传导方程,并分析了偏微分方程的定解条件；鉴于微波完全可用于普洱茶的干燥加工,通过对普洱饼茶进行单台微波设备干燥工艺实验,得出了单台微波干燥普洱茶的工艺路线,并对微波干燥加工过程中的普洱饼茶不同时刻不同位置的温度进行了测量；利用有限元分析软件,得出了微波干燥过程中物料内温度场分布,并将数值分析结果与试验结果进行了对比分析,数值分析的结果基本上揭示了微波干燥过程中传热传质的初步规律,对进一步有效利用微波来干燥物料有一定的指导意义。本文得到的结果对更好地应用微波干燥不同物料有一定的参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第一章绪论  10-20
  1.1 微波知识概述  10-12
    1.1.1 微波在电磁波中的位置  10
    1.1.2 微波的传输特点  10-12
  1.2 微波干燥普洱茶  12-16
    1.2.1 普洱茶简介  12
    1.2.2 普洱茶的加工工艺过程  12-14
    1.2.3 普洱茶干燥加工中存在的主要问题  14-15
    1.2.4 微波干燥普洱茶  15-16
  1.3 微波干燥过程数值分析的国内外发展现状  16-18
    1.3.1 干燥过程的数值分析  16
    1.3.2 数值分析相关内容  16-17
    1.3.3 微波干燥过程数值分析的研究现状  17-18
  1.4 选题的背景及意义  18-19
    1.4.1 选题的背景  18
    1.4.2 选题的意义  18-19
  1.5 论文开展的主要研究工作及技术路线  19-20
第二章基于ANSYS进行温度场分析的理论基础  20-36
  2.1 数值分析的基本方法  20-21
  2.2 有限元基本概念  21-24
    2.2.1 物体离散化  22
    2.2.2 单元特性分析  22-23
    2.2.3 求解未知节点位移  23-24
  2.3 温度场问题的有限元方法  24-27
  2.4 ANSYS概述  27-29
    2.4.1 前处理  27-28
    2.4.2 求解  28
    2.4.3 后处理  28-29
  2.5 ANSYS热分析特性  29-34
    2.5.1 ANSYS热分析的基本原理  29-30
    2.5.2 传热学的经典理论及基本热传递方式  30-32
    2.5.3 热分析材料的基本属性及热载荷  32-33
    2.5.4 稳态热分析与瞬态热分析  33
    2.5.5 线性与非线性热分析  33-34
  2.6 本章小结  34-36
第三章微波干燥过程数学模型的建立  36-52
  3.1 微波加热作用  36-38
    3.1.1 物料的微波加热原理  36-37
    3.1.2 微波能转换成热量的即时性  37-38
  3.2 物料的介电性质  38-41
    3.2.1 微波场中物料的分类  38
    3.2.2 内热源  38-40
    3.2.3 穿透能力与加热均匀性  40
    3.2.4 物料尺寸  40-41
    3.2.5 介质电性质与选择加热效应  41
  3.3 微波干燥与传统干燥对比  41-43
  3.4 微波干燥动力学  43-45
  3.5 微波干燥过程的数学描述  45-49
    3.5.1 微波干燥数值分析的必要性  45
    3.5.2 导热问题的简化  45-47
    3.5.3 微波干燥过程的传热传质模型  47-49
    3.5.4 模型的求解方法  49
  3.6 本章小结  49-52
第四章微波干燥加工普洱茶的实验室实验  52-62
  4.1 微波干燥普洱茶的基本要求  52
  4.2 普洱茶干燥工艺中的微波功率—时间实验  52-55
    4.2.1 实验目的  52
    4.2.2 实验设备及材料  52-53
    4.2.3 实验方法  53
    4.2.4 实验数据  53-54
    4.2.5 实验结论  54-55
  4.3 单台微波设备干燥普洱茶的工艺实验  55-58
    4.3.1 实验目的  55
    4.3.2 实验设备及材料  55
    4.3.3 实验方法  55-56
    4.3.4 实验数据与分析  56-58
  4.4 单台微波设备干燥普洱茶过程中温度的测量  58-60
    4.4.1 实验目的  58
    4.4.2 实验设备及材料  58
    4.4.3 实验方法  58
    4.4.4 实验数据与分析  58-60
  4.5 本章小结  60-62
第五章普洱茶微波干燥过程的数值分析  62-86
  5.1 数值分析方法的确定  62
  5.2 被加热样品温度场的数学模型  62-64
    5.2.1 样品温度场的数学模型  62-63
    5.2.2 样品温度场相关物性参数的确定  63-64
  5.3 假定稳态过程的ANSYS分析  64-72
    5.3.1 模型的建立  65-67
    5.3.2 材料特性参数  67
    5.3.3 确定单元类型  67-68
    5.3.4 划分网格  68-69
    5.3.5 施加载荷进行计算并求解  69-71
    5.3.6 普洱饼茶的稳态温度场分布图  71-72
  5.4 瞬态过程的ANSYS分析  72-83
    5.4.1 分析过程的确定  72
    5.4.2 瞬态分析的前处理过程  72-73
    5.4.3 加载及求解  73-75
    5.4.4 后处理过程及数据分析  75-83
  5.5 数值分析的结果的验证  83-84
  5.6 存在的问题  84-85
  5.7 本章小结  85-86
第六章结论与展望  86-88
  6.1 结论  86
  6.2 展望  86-88
致谢  88-90
参考文献  90-94
附录  94

基于ANSYS的普洱茶微波干燥过程温度场的数值分析

内容摘要

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