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1-8.為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動

在濕的材料内部,水(液體)主要從内部從水到表面,沿著從高水含量點到低水含量點的梯度移動。
有毛細管吸力作用,滲透吸力作用。
這種移動稱為“擴散”。

什麼是擴散?這是一種物理現象,其中粒子,熱量,動量等會自發分散。
擴散是一種傳輸現象,可以通過擴散方程來定義。
例如,宏觀分子擴散遵循菲克定律,宏觀熱能擴散遵循傅里葉熱傳導定律。

無論如何,只有當物理量場中存在梯度時,它才能看到明顯的擴散。
例如,在熱擴散中,當温度恆定時,熱量沿一個方向以相同的速度移動,反之亦然,因此總體上沒有變化。

這些通量密度等於表示梯度物理性質的係數的值。

通量密度:毎個分子,能量,電子流
係數:擴散係數,導熱係數,導電係數
梯度:濃度梯度,温度斜率,電位梯度(電場)

阿道夫·尤金·菲克(Adolf Eugen Fick, 1829年9月3日 - 1901年8月21日)德國醫師和生理學家
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菲克的第一定律

J稱為擴散通量或通量,並且定義為毎單位時間通過單位面積的性質的量。
如果質量通過,則尺寸由[ML-2T-1]給出。
D是擴散係數,尺寸是[L2T-1] c為濃度,尺寸為[ML-3] x是位置,尺寸為[L]

第一定律是穩態擴散,即當由於擴散引起的濃度不隨時間變化時使用的定律“擴散通量與濃度梯度成比例”。
在氫氣的淨化中可以看到工業穩態擴散。 用公式表示

為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動
或者如果是一維的
為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動
菲克的第二定律

第二定律用於非穩態擴散,即擴散中的濃度隨時間變化時。 *
實際的擴散状態幾乎是不穩定的。 當擴散係數D為常數時,濃度c的經時變化由以下擴散方程式表示。

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這等效於更廣泛的表達方式。 或者如果是一維的
為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動

讓·巴蒂斯特·約瑟夫·傅里葉,男爵(Jean Baptiste Joseph Fourier, Baron de、1768年3月21日 - 1830年5月16日)法國人
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傅里葉定律和熱傳導方程

無論是在固體中的温度分佈是通過任何等式表示? 答案就是傅里葉導出的熱傳導方程(也稱為熱方程/傅里葉方程)。

傅里葉表明“毎個點的傳熱速度與該點的温度梯度成正比”(傅里葉定律)。
結果,在特定時間在特定區域中的熱量可以表示為流入熱量與流出熱量之差。
熱量也可以由熱量和比熱/温度之間的關係表示。
傅里葉利用這些關係來導出熱傳導方程,並在許多邊界條件下對其進行求解。

ρE :能量密度 [J/m] J :熱通量密度 [W] λ :熱導率 [W m/K] CV :熱容量 [J/m K]

當毎單位時間流經單位面積的熱流(熱通量密度)為J [W / m2]並且温度為T時,該現象發生在比分子熱弛豫時間(可以視為穩定状態的時間)足夠長的區域中。 相反,熱通量密度J與温度梯度grad T成正比。 即

為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動
它由 這稱為傅立葉定律。 此時的比例係數λ稱為熱導率(thermal conductivity)。
如果材料是各向同性的,則λ是標量,但是通常,在各向異性的三維繫統中,J和Grad T的方向不匹配,並且導熱率由張量表示。
如果單位體積的能量(能量密度)為ρE[J / m3],則能量守恆定律和連續性方程

為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動

(T是時間)。 能量密度的增加率是使用毎單位體積的熱容量[2] CV [J / m3K]計算的
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表示為 由上可知,如果λ為常數且各向同性,則温度場T遵循的方程為
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可以獲得。 這稱為熱傳導方程,形式為擴散方程。 λ/ CV稱為熱擴散率(温度傳導率)。

一維案例

上式被簡化為如下的一維。

傅里葉定律

為什麼是有恆率乾燥期間 -濕材料中的水分運動
能量保存則
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能量密度的變化和温度變化的關係
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導熱方程
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★案例研究:使用熱風加熱器乾燥初始水分含量高的濕物料的過程。

1.表面附近的水(液體)被熱空氣蒸發。
2.水(液體)從内部擴散到表面,並且表面附近始終保持濕潤。
3.熱空氣的一部分熱能作為表面上的蒸發潛熱被消耗。
4.隨著材料温度升高,水蒸發量增加。
5.因此,熱量消耗隨著材料温度的升高而增加。
6.如果平衡從熱風加熱器提供給物料的熱能和作為蒸發潛熱消耗的熱能,則温度將保持恆定。
7.如果物料温度保持恆定,則蒸發量恆定,乾燥速度也恆定。
8.此状態稱為恆速乾燥速度。
9.該恆速乾燥速度持續的時間稱為恆速乾燥時間。
10.因此,如果所供給的熱能和所消耗的熱能不平衡,則不會出現恆速乾燥速度和恆速乾燥時間。

※ 什麼是潛熱?

潛熱是材料相發生變化時所需的總熱量。
乾燥是將液體轉變為氣體並釋放出來的相轉移操作,因此有必要提供潛熱。
與將水煮沸以產生蒸汽時使用的熱能相同。
伴隨蒸發的蒸發潛熱也稱為蒸發熱。
潛熱的概念是由約瑟夫·布萊克(Joseph Black)在1750年提出的。

約瑟夫·布萊克(Joseph Black, 1728年4月16日 - 1799年11月10日) 蘇格蘭人

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