CN103808635A - 测量多孔介质中水分扩散速率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量多孔介质中水分扩散速率的装置及方法。本发明包括气瓶、调节阀、流量计、管式炉、欧姆表；气瓶的出口通过调节阀与流量计的一端相连接，流量计的另一端与管式炉的进口相连接，多孔介质放置在管式炉的出口；多个欧姆表与多孔介质相连接，且每个欧姆表连接在多孔介质的不同位置；具体步骤如下：先通过对调节阀的粗略调节；再通过流量计进行细调，管式炉对干燥气体进行加热；加热的干燥气体干燥放置在管式炉出口的多孔介质，欧姆表电阻的变化和多孔介质中水分扩散速率一一对应；通过欧姆表电阻的变化得出多孔介质中水分扩散速率。本发明能够对不同多孔介质颗粒进行测量，得出不同干燥条件下多孔介质的扩散速率场。

Description

测量多孔介质中水分扩散速率的装置及方法

技术领域

本发明属于干燥物料领域，尤其涉及一种测量多孔介质中水分扩散速率的装置及方法。

背景技术

多孔介质是一种较为普遍的由固体骨架和流体组成的复合介质，广泛存在于能源、材料、环境科学、化学工程、生物技术、药品、生物、农业工程、食品等领域之中。多孔介质的干燥是大量干燥作业的主体。它的干燥过程是一个复杂的传热传质过程，直接影响到产品的性能、形态、质量以及过程能耗等。现阶段对多孔介质的理论研究主要集中于分子扩散系数的测量，因实验方法的限制通过目前实验所测量的分子扩散系数只是基于一定时间内的平均扩散系数。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种测量多孔介质中水分扩散速率的装置及方法，能够测量不同多孔介质颗粒在不同干燥情况下的水分扩散速率，从而为干燥器的设计提供理论依据。

测量多孔介质中水分扩散速率的装置，包括气瓶、调节阀、流量计、管式炉、欧姆表；气瓶的出口通过调节阀与流量计的一端相连接，流量计的另一端与管式炉的进口相连接，多孔介质放置在管式炉的出口；多个欧姆表与多孔介质相连接，且每个欧姆表连接在多孔介质的不同位置。

测量多孔介质中水分扩散速率的方法，包括如下步骤：

步骤1.通过对调节阀的粗略调节，调节气流速度；

步骤2.对流量计进行细调，并将干燥气体送入管式炉，管式炉对干燥气体进行加热；

步骤3.管式炉将加热的干燥气体用于干燥放置在管式炉出口的多孔介质，欧姆表电阻的变化和多孔介质中水分扩散速率一一对应；通过欧姆表电阻的变化得出多孔介质中水分扩散速率；

电阻随时间变化的斜率k表示为：

$k=\frac{R_{t_2}-R_{t_1}}{t_2-t_1}---\left(1\right)$

其中，

为t₂时刻的电阻值；

为t₁时刻的电阻值；且有

$R=\frac{\mathrm{\ρL}}{S}---\left(2\right)$

其中，ρ为物质的电阻率；L为长度；S为横截面积；且有

ρ＝ρ(w)     （3）

其中，w为多孔介质中的水分含量；

结合（1）（2）（3）式，便有：

$k~\frac{\mathrm{\ρ}\left(w_2\right)-\mathrm{\ρ}\left(w_1\right)}{t_2-t_1}~v---\left(4\right)$

其中，v为水分扩散速率。

本发明有益效果如下：

本发明提出的水分扩散速率方法通过将多孔介质的水分扩散速率与其电阻变化一一对应，可以得到多孔介质单颗粒动态的水分扩散速率场。

通过本发明能够对不同多孔介质颗粒进行测量，得出不同干燥条件下多孔介质的扩散速率场。这对于加深多孔介质内传质机理的认识具有重要意义，并可以为干燥器等化工产品的设计提供指导意见。

附图说明

图1是本发明装置结构图；

图2是本发明测量褐煤得到电阻值随时间变化的示意图；

图3是本发明测量褐煤得到的电阻值随时间变化斜率的示意图。

图中：气瓶1、调节阀2、流量计3、管式炉4、多孔介质5、欧姆表6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的作进一步描述：

如图1所示，测量多孔介质中水分扩散速率的装置，包括气瓶1、调节阀2、流量计3、管式炉4、欧姆表6。气瓶1的出口通过调节阀2与流量计3的一端相连接，流量计3的另一端与管式炉4的进口相连接，多孔介质5放置在管式炉4的出口；多个欧姆表6与多孔介质5相连接，且每个欧姆表6连接在多孔介质5的不同位置；

测量多孔介质中水分扩散速率的方法，具体包括如下步骤：

步骤1.通过对调节阀的粗略调节，调节气流速度；

步骤2.对流量计3进行细调，并将干燥气体送入管式炉4，管式炉4对干燥气体进行加热。

步骤3.管式炉4将加热的干燥气体用于干燥放置在管式炉4出口的多孔介质5，且通过欧姆表6电阻的变化得出多孔介质5中水分扩散速率。

电阻随时间变化的斜率k表示为：

$k=\frac{R_{t_2}-R_{t_1}}{t_2-t_1}---\left(1\right)$

其中，

为t₂时刻的电阻值；为t₁时刻的电阻值。且有

$R=\frac{\mathrm{\ρL}}{S}---\left(2\right)$

其中，ρ为物质的电阻率；L为长度；S为横截面积。且有

ρ＝ρ(w)     （3）

其中，w为多孔介质中的水分含量。

结合（1）（2）（3）式，便有：

$k~\frac{\mathrm{\ρ}\left(w_2\right)-\mathrm{\ρ}\left(w_1\right)}{t_2-t_1}~v---\left(4\right)$

其中，v为水分扩散速率。

因而，欧姆表6电阻的变化可以和多孔介质5中水分扩散速率一一对应。

实施例1

欧姆表6与多孔介质5的连接位置能够变动，能够调节欧姆表6表笔的位置来对干燥过程中不同位置的电阻值进行测量，从而分析不同区域的水分扩散速率。

电阻值随时间变化的示意图如图2所示，图中实线为测量数据。从图中可以看出，在40s和130s时斜线的斜率会出现一定的增加，这也就意味着水分扩散速率在这点会出现减缓。

电阻值随时间变化斜率的示意图如图3所示。从图中可知，在前20s内水分扩散速率v保持在恒定值，这是因为在此过程中多孔介质表面水分足够多，其受限于干燥条件。20s之后，斜率随时间而一直增大，此过程属于降速干燥阶段，主要因为多孔介质表面水分扩散速度大于其内部水分扩散到表面速度，因而表现在物质的电阻率ρ增大，即斜率变大。此实验得出的结果与干燥机理得出结果抑制。

Claims (2)

1.测量多孔介质中水分扩散速率的装置，其特征在于包括气瓶、调节阀、流量计、管式炉、欧姆表；气瓶的出口通过调节阀与流量计的一端相连接，流量计的另一端与管式炉的进口相连接，多孔介质放置在管式炉的出口；多个欧姆表与多孔介质相连接，且每个欧姆表连接在多孔介质的不同位置。

2.测量多孔介质中水分扩散速率的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.通过对调节阀的粗略调节，调节气流速度；

步骤2.对流量计进行细调，并将干燥气体送入管式炉，管式炉对干燥气体进行加热；

步骤3.管式炉将加热的干燥气体用于干燥放置在管式炉出口的多孔介质，欧姆表电阻的变化和多孔介质中水分扩散速率一一对应；通过欧姆表电阻的变化得出多孔介质中水分扩散速率；

电阻随时间变化的斜率k表示为：

$k=\frac{R_{t_2}-R_{t_1}}{t_2-t_1}---\left(1\right)$

其中，

为t₂时刻的电阻值；

为t₁时刻的电阻值；且有

$R=\frac{\mathrm{\ρL}}{S}---\left(2\right)$

其中，ρ为物质的电阻率；L为长度；S为横截面积；且有

ρ＝ρ(w)     （3）

其中，w为多孔介质中的水分含量；

结合（1）（2）（3）式，便有：

$k~\frac{\mathrm{\ρ}\left(w_2\right)-\mathrm{\ρ}\left(w_1\right)}{t_2-t_1}~v---\left(4\right)$

其中，v为水分扩散速率。

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