Modelowanie trybów przenoszenia ciepła i masy w szybko obracającym się cylindrze

2

Moje pytanie dotyczy równoczesnego przenoszenia ciepła i masy w obrotowym układzie cylindrów. System można wyszczególnić jako:

  1. Obrotowy cylinder zawiera wilgotną porowatą substancję o kształcie bryły.
  2. Strumień powietrza dostaje się do cylindra osiowo i może go opuścić poprzez perforacje na tylnej powierzchni cylindra lub promieniowo przez perforacje na zakrzywionej powierzchni.
  3. Wlot powietrza ma nieco wyższą temperaturę niż porowate medium i przenosi wilgoć z powierzchni porowatego ośrodka.
  4. Obroty cylindra wynoszą około +/- 25 przez większość 1 godziny pracy. Ale przez 5 minut w środku czasu pracy dochodzi do 1400 RPM.

W czasie niskich obrotów modelowałem system przenoszenia masy i masy w.r.t. Analogia NTU. Równania są z grubsza następujące:

$ Re = \ frac {\ dot {m_ {air}} D_ {drum}} {\ mu m_ {porous}} $, $ Pr = \ frac {Cp_ {air} \ mu} {k_ {air}} $

$ j = a Re ^ {- b} $, $ NTU = \ frac {j} {Pr ^ {\ frac {2} {3}}} $

$ h_ {porous \, air} A_ {cylinder} = (NTU) \ times \ dot {m_ {air}} Cp_ {air} $

$ Q_ {air \, to \, porous} = h_ {porous \, air} A {{cylinder} \ times (T_ {air} - T_ {porous}) $

Transfer masy jest charakteryzowany również w oparciu o NTU. Siłą napędową jest różnica ciśnień cząstkowych.

Głównym źródłem wymiany ciepła jest różnica temperatury b / w napływającego powietrza i substancji porowatej, $ T_ {powietrze} = T_ {porowatość} + 45 $ na początku. W przypadku transferu masy $ (X_ {nasycenie na powierzchni porowatej} - X_air) $, różnica w ułamku molowym między zawartością wody w powietrzu wejściowym a warstwą nasyconą na powierzchni substancji porowatej.

Chcę wiedzieć, jak zmieniłyby się warunki wymiany ciepła przy bardzo wysokich obrotach. Będzie to całkowicie mieszany system z większą odpornością na przepływ osiowy niż wcześniej. Czy więc analogia NTU nadal byłaby stosowana w takich warunkach? Jeśli nie, jak mogę go zmodyfikować lub zastąpić?

Proste liczby dla systemu: - System at low RPM

System at high RPM

Wszelkie sugestie są mile widziane.

user1768201
źródło
Czy różnica ciśnień na porowatym podłożu jest znacząca? Lub inaczej mówiąc, czy obrót cylindra zwiększa różnicę ciśnień o znaczną ilość? Trudno uwierzyć, że tak, ale niepoznawalny z podanymi danymi. Dlaczego mówisz, że będzie większy opór przed osiowym przepływem?
Floris
Przy wysokich obrotach, porowaty materiał rozchodzi się po zakrzywionej powierzchni cylindra i pokrywa wszystkie perforacje obecne na zakrzywionej powierzchni. Powietrze może przejść tylko przez perforację na swojej tylnej powierzchni. Zakładam też, że przy tak wysokim przepływie RPM wzór przepływu wewnątrz bębna będzie w przeważającej mierze rotacyjny. Chociaż przypuszczam, że powinienem był powiedzieć: ogólny spadek ciśnienia dla przepływu przez bęben zwiększa raczej niż większy opór przepływu osiowego. W każdym razie chciałem wiedzieć, jak zmienia się charakterystyka ciepła / masy w takim stanie.
user1768201
Czy nie masz na myśli "większej odporności na przepływ promieniowy"? Jeśli zakrywasz boczne otwory, masa może wypływać tylko z końca. Zaczynam myśleć, że jest to raczej kwestia inżynierii niż fizyki ... i że problem jest niewystarczająco dobrze opisany, aby zrobić duży postęp w odpowiedzi na to. Przynajmniej nie wiem, jak na to odpowiedzieć.
Floris
Cześć Floris, Przede wszystkim dziękuję za poświęcenie czasu i uwagi. Powinienem był dodać liczby z oryginalnym problemem. Dodałem je teraz. Chciałbym również dodać, że nie interesuje mnie spadek ciśnienia ani profil przepływu, ale jego wpływ na przenoszenie ciepła / masy. Mam dane empiryczne dotyczące spadku ciśnienia. To, co naprawdę chciałem wiedzieć, to jak w systemie z wysoką prędkością obrotową, odbywa się przenoszenie ciepła / masy. I tak, to problem inżynieryjny. Myślałem, że to podlega fizyce przenoszenia ciepła. Ale jeśli możesz skierować mnie na odpowiednie forum, to też byłoby to bardzo cenne.
user1768201
Cześć Floris, podniosłem flagę do przeniesienia pytania. Dziękuję za to. Źródłem ciepła jest powietrze, które ma o 40 ° C wyższą temperaturę na początku niż mokra porowata substancja. Cylinder metalowy i porowata substancja będąca radiatorem. W celu przeniesienia masy źródłem jest wilgotna porowata substancja i nasycona warstwa powietrza, która tworzy się na jej powierzchni. Powietrze odprowadza wilgoć, osuszając porowatą substancję.
user1768201