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COMSOL Multiphysics在物理化学教学中的应用 被引量:2
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作者 陈宗元 祖甘霖 +3 位作者 牛智伟 靳强 郭治军 吴王锁 《大学化学》 CAS 2023年第5期308-314,共7页
将计算仿真融入大学化学专业课程的讲授是帮助学生具体化抽象概念、提升教学质量的新思路。本文介绍了多场物理仿真软件COMSOL Multiphysics的基本原理和操作,并结合大学物理化学课程的教学内容,总结说明了该软件在相平衡、化学平衡以... 将计算仿真融入大学化学专业课程的讲授是帮助学生具体化抽象概念、提升教学质量的新思路。本文介绍了多场物理仿真软件COMSOL Multiphysics的基本原理和操作,并结合大学物理化学课程的教学内容,总结说明了该软件在相平衡、化学平衡以及化学动力学等章节中的应用实例。由学生反馈可知,计算模拟软件在课堂教学中的可视化的演示,增强了学生对所学知识的理解和掌握,提高了学生的学习热情和思考深度。 展开更多
关键词 物理化学教学 comsol multiphysics软件 高效课堂
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Optimizing Average Electric Power During the Charging of Lithium-Ion Batteries Through the Taguchi Method
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作者 Mohd H.S.Alrashdan 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2024年第2期152-166,共15页
In recent times, lithium-ion batteries have been widely used owing to their high energy density, extended cycle lifespan, and minimal self-discharge rate. The design of high-speed rechargeable lithium-ion batteries fa... In recent times, lithium-ion batteries have been widely used owing to their high energy density, extended cycle lifespan, and minimal self-discharge rate. The design of high-speed rechargeable lithium-ion batteries faces a significant challenge owing to the need to increase average electric power during charging. This challenge results from the direct influence of the power level on the rate of chemical reactions occurring in the battery electrodes. In this study, the Taguchi optimization method was used to enhance the average electric power during the charging process of lithium-ion batteries. The Taguchi technique is a statistical strategy that facilitates the systematic and efficient evaluation of numerous experimental variables. The proposed method involved varying seven input factors, including positive electrode thickness, positive electrode material, positive electrode active material volume fraction, negative electrode active material volume fraction, separator thickness, positive current collector thickness, and negative current collector thickness. Three levels were assigned to each control factor to identify the optimal conditions and maximize the average electric power during charging. Moreover, a variance assessment analysis was conducted to validate the results obtained from the Taguchi analysis. The results revealed that the Taguchi method was an eff ective approach for optimizing the average electric power during the charging of lithium-ion batteries. This indicates that the positive electrode material, followed by the separator thickness and the negative electrode active material volume fraction, was key factors significantly infl uencing the average electric power during the charging of lithium-ion batteries response. The identification of optimal conditions resulted in the improved performance of lithium-ion batteries, extending their potential in various applications. Particularly, lithium-ion batteries with average electric power of 16 W and 17 W during charging were designed and simulated in the range of 0-12000 s using COMSOL Multiphysics software. This study efficiently employs the Taguchi optimization technique to develop lithium-ion batteries capable of storing a predetermined average electric power during the charging phase. Therefore, this method enables the battery to achieve complete charging within a specific timeframe tailored to a specificapplication. The implementation of this method can save costs, time, and materials compared with other alternative methods, such as the trial-and-error approach. 展开更多
关键词 Lithium-ion batteries Average electric power during charging Taguchi method comsol multiphysics software C rate L27 orthogonal array
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基于带电颗粒动态积污的绝缘子电场分布研究
3
作者 李成学 吕邦欢 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期147-155,170,共10页
为了研究带电污秽颗粒对绝缘子表面积污、电场分布的影响及空气域电晕放电现象,以FXBW-35/70绝缘子为研究对象,采用多物理场耦合有限元软件Comsol Multiphysics搭建了AC-DC、湍流、带电颗粒相互作用及颗粒运动的耦合风洞模型,进行了带... 为了研究带电污秽颗粒对绝缘子表面积污、电场分布的影响及空气域电晕放电现象,以FXBW-35/70绝缘子为研究对象,采用多物理场耦合有限元软件Comsol Multiphysics搭建了AC-DC、湍流、带电颗粒相互作用及颗粒运动的耦合风洞模型,进行了带电颗粒对绝缘子表面积污、电场和空气域电晕放电分布研究。结果表明:风速越大,迎风区积污速度快于其他区面;粒径增大时,迎风面积污严重,背风区积污很小,侧风区基本无变化;染污中迎风区伞裙表面的电位和电场畸变最为严重,背风区次之,染污后伞裙表面电位、电场有所缓和,迎风区较背风区严重;染污中,靠近高压端和低压端的一大一小伞裙周围空气域存在电晕放电风险,且在靠近高、低压端第一片大伞裙会发生电晕放电;染污后,靠近低压端的大伞裙根部1 mm范围、靠近高压端的整个大伞裙周围和小伞裙根部存在电晕放电风险。 展开更多
关键词 绝缘子 带电颗粒 comsol multiphysics 电场分布 电晕放电
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电动自行车无线充电线圈特性对充电效率的影响
4
作者 杨夏喜 黄莹 +1 位作者 王猛猛 王小飞 《日用电器》 2024年第5期59-64,100,共7页
探究节能减排的大环境下,电动自行车充电有线、无线方式的特点。介绍电动自行车的无线充电原理,分析线圈特性在无线充电系统的影响。基于COMSOLMultiphysics软件平台,对无线充电系统进行仿真,并着重分析系统中线圈的部分特性。仿真系统... 探究节能减排的大环境下,电动自行车充电有线、无线方式的特点。介绍电动自行车的无线充电原理,分析线圈特性在无线充电系统的影响。基于COMSOLMultiphysics软件平台,对无线充电系统进行仿真,并着重分析系统中线圈的部分特性。仿真系统着重针对线圈的形状、轴向距离、水平偏移特性,以线圈互感为切入点进行仿真分析,并将数据整理成图表,直观的表现出线圈特性对无线充电系统充电效率的影响。系统根据实际应用场景可能出现的情况进行仿真,由仿真结果可知,无线充电系统中的线圈特性对整个系统的电能传输效率有着极其重要的影响,因此,优化设计无线充电系统中的线圈,可以有效的提升无线充电效率。 展开更多
关键词 电动自行车 无线充电 线圈特性 充电效率 comsol multiphysics 互感
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Study on Distribution of Electrocatalytic Reaction Efficiency in a Three-Dimensional Electrocatalytic Reactor 被引量:1
5
作者 Lu Kaitian Zhang Yonggang 《China Petroleum Processing & Petrochemical Technology》 SCIE CAS 2021年第3期30-39,共10页
In order to explore the effect of particle position on the electrocatalytic reaction rate at different positions in three-dimensional electrocatalytic reactor,using methylene blue as the simulated organic wastewater,a... In order to explore the effect of particle position on the electrocatalytic reaction rate at different positions in three-dimensional electrocatalytic reactor,using methylene blue as the simulated organic wastewater,and spherical graphite particles as the particle electrode,the potential distribution in three-dimensional electrocatalytic reactor was simulated by using COMSOL Multiphysics software.A multivariate logarithmic regression model of reaction kinetic constant and position was established by mathematical statistics.The electrocatalytic reaction rates were predicted at different locations in the reactor.The results show that the degradation ability of particle electrode to pollutants is uneven in the electrocatalytic reactor.The increase of electric field intensity and particle size will improve the difference of reaction rate.The closer the particle electrode is to the anode,the stronger the pollutant degradation ability would be.The reaction rate of the same particle electrode at different locations varies greatly,which can be roughly divided into three regions according to the degree of difference,among which the central region of the particle has the highest electrocatalytic reaction efficiency. 展开更多
关键词 particle electrode comsol multiphysics electrocatalytic efficiency logarithmic regression model
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基于COMSOL的贴片天线传感器应变测量仿真及试验研究
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作者 刘志平 毛艳飞 +2 位作者 周凯 李大强 柯亮 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第8期1-5,共5页
文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结... 文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结果与试验结果具有很好的一致性。 展开更多
关键词 贴片天线传感器 应变测试 comsolmultiphysics 多物理场仿真 应变灵敏度 应变传递效率
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聚焦超声清洗机的仿真设计与实验研究
7
作者 董颖怀 王安康 +3 位作者 王岩 李垚 刘世伟 刁云峰 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第3期321-325,共5页
目前,超声清洗机通常是将一组换能器排布于平面式清洗槽底部,但用此方法会形成驻波现象,不利于超声清洗。文章提出了一种球面式聚焦超声清洗的方法,与普通超声清洗相比,该方法提高了超声清洗的效率。文章采用有限元COMSOL Multiphysics... 目前,超声清洗机通常是将一组换能器排布于平面式清洗槽底部,但用此方法会形成驻波现象,不利于超声清洗。文章提出了一种球面式聚焦超声清洗的方法,与普通超声清洗相比,该方法提高了超声清洗的效率。文章采用有限元COMSOL Multiphysics软件对清洗机内声场进行分析,得到三维模型内声压的分布情况;研制了聚焦超声清洗机,并通过薄膜腐蚀实验验证了清洗机内的声压分布情况;通过对比试验发现,聚焦超声清洗油污的速度比普通超声清洗提高了77.27%。通过薄膜腐蚀实验和超声清洗实验可知,聚焦超声清洗机内声场分布均匀,且声场内存在能量聚焦区域,清洗速率高于普通超声清洗机。 展开更多
关键词 聚焦超声机 comsol multiphysics软件 薄膜腐蚀法 清洗效率
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二元复合微波增强沥青混凝土加热效率仿真与试验研究 被引量:6
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作者 刘小明 魏子奇 赵昱 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期116-123,共8页
微波加热是沥青混凝土路面的一种新型绿色养护技术,但目前微波吸收效率低下与沥青混凝土导热能力差是阻碍其推广应用的关键。基于阻抗匹配理论,考虑到掺加单一微波增强剂的局限性,提出一种改进的二元电磁复合型微波增强剂;将SiC和Fe_(3)... 微波加热是沥青混凝土路面的一种新型绿色养护技术,但目前微波吸收效率低下与沥青混凝土导热能力差是阻碍其推广应用的关键。基于阻抗匹配理论,考虑到掺加单一微波增强剂的局限性,提出一种改进的二元电磁复合型微波增强剂;将SiC和Fe_(3)O_(4)二元复合作为微波增强剂,采用矢量网络分析仪对微波增强剂样品的电磁参数进行测量。考虑到实验室缺少测量沥青混凝土内部温度的有效方法,采用COMSOL Multiphysics软件对微波加热沥青混凝土的温升速率和热量分布进行数值模拟,同时对其路用性能进行试验研究。研究结果表明:当SiC和Fe_(3)O_(4)的质量比是1∶2时(S_(1)F_(2)),S_(1)F_(2)的反射损耗达到了-22.12dB,比纯SiC的反射损耗低13.97dB。掺S_(1)F_(2)的沥青混凝土的平均升温速率为0.322℃/s,是对照组的1.87倍,并且高于单掺SiC(0.212℃/s)和Fe_(3)O_(4)(0.231℃/s)的沥青混凝土,且热量分布最均匀;相较于单相微波增强剂,掺二元复合材料的沥青混凝土微波吸收能力更强;同时,掺S_(1)F_(2)的沥青混凝土的抗水损害性能有一定程度的提高。 展开更多
关键词 绿色道路养护技术 SiC-Fe_(3)O_(4)二元电磁复合材料 comsol multiphysics 微波加热效率 温度均匀性
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毫秒脉冲磁场作用下细胞内带电粒子的受力分析 被引量:4
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作者 米彦 储贻道 +3 位作者 谭冲 张晏源 姚陈果 李成祥 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1357-1364,共8页
为从微观角度研究脉冲磁场生物效应的基础机理,通过构建细胞模型从理论上分析了细胞中带电粒子的力学环境,借助Comsol Multiphysics仿真软件分析了这些带电粒子的受力,并根据带电粒子的运动速度和运动轨迹研究了脉冲磁场参数对不同属性... 为从微观角度研究脉冲磁场生物效应的基础机理,通过构建细胞模型从理论上分析了细胞中带电粒子的力学环境,借助Comsol Multiphysics仿真软件分析了这些带电粒子的受力,并根据带电粒子的运动速度和运动轨迹研究了脉冲磁场参数对不同属性带电粒子受力的影响规律。结果表明:在带电粒子的各个受力因素中,感应电场力起主导作用,黏滞力限制了粒子的运动速度,Lorentz力的作用较小,且粒子整体受力小于感应电场力。脉冲磁场强度的变化率直接决定了感应电场力大小,是对粒子受力影响最大的波形参数,且变化率由脉冲波形幅值、上升沿时间和下降沿时间共同决定。电场力的方向会随着脉冲磁场的上升沿和下降沿发生交替改变,使带电粒子来回摆动;若上升沿和下降沿时间不相等,则粒子摆动距离不相等,此时带电粒子偏离原点的距离增大,呈进动式运动。 展开更多
关键词 生物电磁 脉冲磁场 带电粒子 comsol multiphysics 受力分析 运动轨迹
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压塞-粘液封孔工艺在浅孔抽采中的研究与应用 被引量:5
10
作者 赵延旭 林柏泉 +2 位作者 董涛 李飞 刘非非 《中国煤炭》 北大核心 2010年第11期95-99,共5页
以浅孔抽采钻孔密封工艺为出发点,确定了煤岩作为等效连续介质注浆模型浆液的扩散半径,并基于Comsol multiphysics数值模拟软件对密封液在钻孔周围煤体裂隙中的渗透进行了模拟,分析了粘液在钻孔周围煤体中的渗流规律,开发了新型压塞-粘... 以浅孔抽采钻孔密封工艺为出发点,确定了煤岩作为等效连续介质注浆模型浆液的扩散半径,并基于Comsol multiphysics数值模拟软件对密封液在钻孔周围煤体裂隙中的渗透进行了模拟,分析了粘液在钻孔周围煤体中的渗流规律,开发了新型压塞-粘液封孔工艺,并在新丰煤矿25021回采工作面进行了现场试验,结果表明,瓦斯抽采浓度显著上升,抽采效率得到提高。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 抽采效率 扩散半径 渗流规律 压塞-粘液封孔工艺 comsol multiphysics数值模拟
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线板式静电设备内微液滴输运特性研究
11
作者 宋粉红 鞠达鹏 +1 位作者 范晶 秦春旭 《热力发电》 CAS 北大核心 2019年第3期69-74,共6页
施加外电场可以提高循环冷却水回收效率,因此研究静电设备内微小液滴的输运特性及其影响因素具有重要的工程意义。采用双向耦合粒子追踪方式,利用k-??湍流模型并根据动量方程求解速度场下的曳力;采用电流连续性方程和电势泊松方程求解... 施加外电场可以提高循环冷却水回收效率,因此研究静电设备内微小液滴的输运特性及其影响因素具有重要的工程意义。采用双向耦合粒子追踪方式,利用k-??湍流模型并根据动量方程求解速度场下的曳力;采用电流连续性方程和电势泊松方程求解静电场,基于粒子随机入口模型,优化不同粒径电荷数,研究在低雷诺数湍流和电场作用下的液滴输运行为、静电设备电势、电场强度分布和液滴的运行轨迹。结果表明:液滴粒径越小越容易受到湍流气流影响,滑移距离增加,收集效率降低;随着气流速度降低,液滴在设备内荷电和运行时间增多,滑移距离降低,收集效率增加;入口电势直接影响液滴的饱和电荷数,特别对于粒径较小的液滴,饱和电荷数降低,收集效率越差。因此,提高工作电压、降低收集板间距可以提高整体饱和电荷数,选择合理的气流速度可以提高循环冷却水收集效率。 展开更多
关键词 循环冷却水 微液滴 输运特性 多场耦合 粒子追踪 荷电 收集效率 数值模拟
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心脏起搏器无线充电电磁暴露安全评估 被引量:2
12
作者 赵学铭 逯迈 《辐射研究与辐射工艺学报》 CAS CSCD 2022年第2期42-53,共12页
为准确地评估心脏起搏器无线充电工作过程中产生的电磁暴露安全性,使用基于有限元的COMSOL软件进行建模及仿真计算。构建人体头部组织、简易胸腔及心脏的模型,并且在无线充电系统工作频率设置为251 kHz时,得出了以上3个部位中产生的磁... 为准确地评估心脏起搏器无线充电工作过程中产生的电磁暴露安全性,使用基于有限元的COMSOL软件进行建模及仿真计算。构建人体头部组织、简易胸腔及心脏的模型,并且在无线充电系统工作频率设置为251 kHz时,得出了以上3个部位中产生的磁感应强度(B)、感应电场强度(E)分布,以及人体头部组织比吸收率(Specific absorptionrate,SAR)值的分布,将结果与国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)制定的限值进行比较。结果显示:人体头部中B值最大为0.337μT,占ICNIRP阈值的9.26%;E值最大为0.393 V/m,占ICNIRP阈值的0.45%;心脏部位B值最大为3.118μT,占ICNIRP阈值的85.01%;E值最大为0.278 V/m,占ICNIRP阈值的0.32%;人体头部脑组织中SAR值为3.009×10^(−7)W/kg,远低于ICNIRP制定的公众电磁暴露推荐值。提示心脏起搏器无线充电过程对使用者的健康无明显影响。 展开更多
关键词 comsol多物理场 电磁暴露安全评估 无线充电 心脏起搏器 心脏模型
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塑料在高压静电分选机中荷电机制及电极参数的计算模拟
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作者 蒋昊 刘娇娇 +4 位作者 王宾 徐艳玲 李新冉 孙文豪 滕鑫 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期399-408,共10页
为了探究塑料在高压静电分选机中荷电性与电极参数的关系,通过高斯定理和拉普拉斯方程,研究了塑料的主要荷电机制,利用COMSOL Multiphysics中的AC/DC静电模块,结合麦克斯韦方程组,研究了塑料在辊式高压静电分选机中不同参数下的电场强... 为了探究塑料在高压静电分选机中荷电性与电极参数的关系,通过高斯定理和拉普拉斯方程,研究了塑料的主要荷电机制,利用COMSOL Multiphysics中的AC/DC静电模块,结合麦克斯韦方程组,研究了塑料在辊式高压静电分选机中不同参数下的电场强度变化规律,利用MATLAB绘图分析.结果表明:塑料荷电以场致荷电为主,荷电量与颗粒半径、电场强度、塑料相对介电常数成正比;电晕电极配置中,接地辊筒表面电场强度与电压、电晕电极个数成正比,与极距成反比;静电极配置中,电场强度与静电极半径成正比,电场强度作用范围与静电极布置角、静电极形状有关.本文可对塑料高压静电分选的电极参数选用提供参考. 展开更多
关键词 塑料 comsol multiphysics MATLAB 场致荷电 静电极 电晕电极
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甘草浸膏超声辅助真空干燥传热传质模拟与试验 被引量:1
14
作者 王学成 王晓辉 +8 位作者 伍志成 张浩铭 王雅琪 李远辉 郑琴 易兵 刘振峰 伍振峰 杨明 《中草药》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2056-2065,共10页
目的以甘草浸膏为研究对象,探索浸膏超声辅助真空干燥强化传热传质机制,为新技术在中药浸膏干燥中的应用提供理论依据。方法基于过程模拟软件建立“超声场-温度场-压力场”多场耦合的甘草浸膏超声辅助真空干燥传热传质模型并求解;进行... 目的以甘草浸膏为研究对象,探索浸膏超声辅助真空干燥强化传热传质机制,为新技术在中药浸膏干燥中的应用提供理论依据。方法基于过程模拟软件建立“超声场-温度场-压力场”多场耦合的甘草浸膏超声辅助真空干燥传热传质模型并求解;进行了干燥温度70、80、90℃,超声功率40、80、120、160、200 W的干燥试验,以特征点温度及干燥水分试验结果与模型计算理论值进行比较。结果甘草浸膏干燥过程水分有效扩散系数(Deff)和传质系数(kc)随温度和超声功率的升高而增大,超声功率由40 W提高至200 W,Deff及kc分别提高200.65%、154.46%;结果验证了建立的浸膏超声辅助真空干燥模型精度良好,在一定条件下能反映真实干燥过程。结论通过建立精度良好的甘草浸膏超声辅助真空干燥过程仿真模型,直观得到了浸膏内部超声场强分布及热质传递规律,为该技术用于中药浸膏高效干燥工艺开发和装备设计提供参考。 展开更多
关键词 甘草浸膏 超声辅助真空干燥 过程模拟 传热传质 干燥效率 comsol multiphysics
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二至丸热风干燥过程温度均匀性模拟与实验 被引量:8
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作者 王学成 康超超 +3 位作者 伍振峰 李远辉 徐诗军 杨明 《中草药》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1226-1232,共7页
目的以二至丸为研究对象,探索中药丸剂热风干燥过程温度变化规律,为提高丸剂干燥效率及干燥均匀性提供理论依据。方法基于COMSOLMultiphysics建立传热传质模型模拟二至丸层在无孔底及筛孔底2种干燥盘不同温度干燥过程温度分布并进行求解... 目的以二至丸为研究对象,探索中药丸剂热风干燥过程温度变化规律,为提高丸剂干燥效率及干燥均匀性提供理论依据。方法基于COMSOLMultiphysics建立传热传质模型模拟二至丸层在无孔底及筛孔底2种干燥盘不同温度干燥过程温度分布并进行求解;研究了二至丸层在60、80、100℃热风温度下干燥过程,并通过Fick第2定律平板模型计算二至丸水分有效扩散系数(Deff);采用探针温度传感器监测二至丸层干燥过程中间表面及内部温度变化进行干燥模型验证。结果不同热风温度干燥过程中二至丸层表面及内部温度呈现先剧烈上升后缓慢上升的趋势,二至丸层无孔底干燥模型及筛孔底干燥模型内部温度分别为55.3~56.0℃、57.5~57.7℃,使用筛孔底干燥盘可提高干燥温度均匀性;2种模型实验得到水分Deff分别为0.76×10^-7~2.82×10^-7 m2/s、1.15×10^-7~3.94×10^-7 m2/s;实验结果验证模型在一定干燥温度范围内能够较好反映二至丸层干燥过程温度变化规律。结论通过可靠的二至丸层热风干燥模型直观反映干燥过程温度变化情况,该研究为二至丸干燥工艺优化提供参考。 展开更多
关键词 二至丸 热风干燥 数值模拟 comsol multiphysics 温度变化规律 均匀性 干燥效率 干燥均匀性 水分有效扩散系数
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