Modellazione delle modalità di trasferimento di calore e di massa all'interno del cilindro a rotazione rapida

La mia domanda riguarda il trasferimento simultaneo di calore e massa nel sistema di cilindri rotanti. Il sistema può essere dettagliato come:

Un cilindro rotante contiene sostanza porosa bagnata a forma di grumo.
Il flusso d'aria entra nel cilindro assialmente e può uscire da perforazioni sulla superficie posteriore del cilindro o radialmente da perforazioni sulla sua superficie curva.
Il flusso d'aria in ingresso ha una temperatura leggermente superiore rispetto al mezzo poroso e trasporta l'umidità dalla superficie del mezzo poroso.
Il numero di giri del cilindro è di circa +/- 25 per la maggior parte del tempo di esecuzione di 1 ora. Ma per 5 minuti a metà del runtime arriva a 1400 giri / min.

In un basso numero di giri, ho modellato l'analogia NTU con il trasferimento di calore e di massa del sistema. Le equazioni sono all'incirca le seguenti:

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

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

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

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

Il trasferimento di massa è caratterizzato anche da NTU. La forza trainante è la differenza di pressione parziale.

$T_{air} = T_{porous} + 45$ $(X_{saturation at porous surface} - X_air)$ , differenza di frazione molare tra il contenuto di acqua nell'aria in ingresso e lo strato saturo sulla superficie della sostanza porosa.

Voglio sapere come cambierebbero le condizioni di trasferimento del calore a RPM molto elevati. Sarà un sistema completamente misto con più resistenza al flusso assiale rispetto a prima. Quindi l'analogia NTU sarebbe ancora utilizzata in tali condizioni? In caso contrario, come posso modificarlo o sostituirlo?

Figure semplici per il sistema: -

Eventuali suggerimenti sono ben accetti

thermodynamics heat-transfer modeling

— user1768201
fonte

Il differenziale di pressione attraverso il mezzo poroso è significativo? O in altre parole, la rotazione del cilindro sta aumentando il differenziale di pressione di una quantità significativa? Difficile da credere, ma inconoscibile con i dati forniti. Perché dici che ci sarà più resistenza al flusso assiale?

— Floris,

A RPM elevati, il materiale poroso si estende lungo la superficie curva del cilindro e copre tutte le perforazioni presenti sulla sua superficie curva. L'aria può passare attraverso la perforazione sulla sua superficie posteriore. Inoltre presumo che a tale regime di flusso RPM all'interno il tamburo sarà prevalentemente rotazionale. Anche se suppongo che avrei dovuto dirlo, la caduta di pressione complessiva per il flusso attraverso il tamburo aumenta piuttosto che una maggiore resistenza al flusso assiale. In ogni caso, volevo sapere come cambiano le caratteristiche di calore / massa durante tale stato.

— user1768201,

Non intendi "più resistenza al flusso radiale"? Se stai coprendo le aperture laterali, la massa può fluire solo dall'estremità. Sto cominciando a pensare che si tratti più di una domanda di ingegneria che di fisica ... e che il problema non sia sufficientemente ben descritto per fare molti progressi nel rispondere. Almeno non so come rispondere.

— Floris,

Ciao Floris, prima di tutto, grazie per aver dedicato del tempo e commentato. Avrei dovuto aggiungere cifre con un problema originale. Li ho aggiunti ora. Vorrei anche aggiungere che non sono molto interessato alla caduta di pressione o al profilo di flusso, ma ai suoi effetti sul trasferimento di calore / massa. Ho dati empirici per la caduta di pressione. Quello che volevo davvero sapere è come in un sistema con RPM elevati, avviene il trasferimento di calore / massa. E sì, è un problema di ingegneria. Ho pensato che questo rientra nella fisica del trasferimento di calore. Ma se mi puoi indirizzare al forum appropriato per questo, anche questo sarebbe molto apprezzato.

— user1768201,

Ciao Floris, ho messo la bandiera per spostare la domanda. Grazie per quello La fonte di calore è l'aria, che all'inizio ha una temperatura superiore di 40 ° C rispetto alla sostanza porosa umida. Il cilindro di metallo e la sostanza porosa sono il dissipatore di calore. Per il trasferimento di massa è la fonte la sostanza porosa umida e lo strato di aria saturata che si forma sulla sua superficie. L'aria trasporta l'umidità, asciugando la sostanza porosa.

— user1768201,