Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô Hình Ba Pha Về Vận Chuyển Nhiệt và Độ Ẩm với Sự Trao Đổi Khối Lượng Nội Bộ Trong Giấy Gợn Sóng
Tóm tắt
Thuyết hỗn hợp được sử dụng để xây dựng một mô hình ba pha nhằm mô tả các quá trình trong giấy gợn sóng bao gồm sợi rắn, nước liên kết và khí. Khí được coi là hỗn hợp hòa tan của hai thành phần là không khí khô và hơi nước. Các phương trình điều khiển là các định luật bảo toàn khối lượng cho nước liên kết, không khí khô, hơi nước và cân bằng năng lượng hỗn hợp. Các quan hệ cấu trúc được xác định bằng cách khai thác bất đẳng thức tiêu tán quy mô vĩ mô. Các phương trình cấu trúc thu được bao gồm khuếch tán Fick cho hơi nước và không khí khô, dòng chảy Darcian cho khí, và dẫn nhiệt Fourier cho hỗn hợp. Sự trao đổi khối lượng giữa nước liên kết và hơi nước do sự hấp thụ/khử hấp thụ được thúc đẩy bởi sự khác biệt về tiềm năng hóa học. Hàm tương tác dựa trên các cân nhắc cân bằng cho hệ thống nước liên kết và hơi nước. Từ mô tả của đường cong hấp thụ, các biểu thức cho nhiệt độ cô đặc ròng và năng lượng tự do liên quan đến tương tác nước-sợi được suy diễn. Mô hình nhất quán về nhiệt động học kết quả được sử dụng để mô phỏng động lực độ ẩm và nhiệt cho các cuộn giấy gợn sóng. Kết quả mô phỏng được trình bày cho một cuộn giấy gợn sóng với đặc tính vật liệu dị hướng chịu sự thay đổi độ ẩm tương đối môi trường từ 50 đến 80%.
Từ khóa
#mô hình ba pha #giấy gợn sóng #độ ẩm #nhiệt #dòng chảy #khuếch tán #trao đổi khối lượngTài liệu tham khảo
Achanta, S., Cushman, J., Okos, M.R.: On multicomponent, multiphase thermomechanics with interfaces. Int. J. Eng. Sci. 32(11), 1717–1738 (1994)
Baggerud, E.: Modelling of Mass and Heat Transport in Paper. Ph.D., thesis, Lund University (2004)
Bandyopadhyay, A., Radhakrishnan, H., Ramarao, B.V., Chatterjee, S.G.: Moisture sorption response of paper subjected to ramp humidity changes: modeling and experiments. Ind. Eng. Chem. Res. 39, 219–226 (2000)
Bandyopadhyay, A., Ramarao, B.V., Ramaswamy, S.: Transient moisture diffusion through paperboard materials. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 206, 455–467 (2002)
Bénet, J.-C., Lozano, A.-L., Cherblanc, F., Cousin, B.: Phase change of water in a hygroscopic porous medium. Phenomenological relation and experimental analysis for water in soil. J. Non-Equilib. Thermodyn. 34(2), 133–153 (2009)
Bennethum, L.S., Cushman, J.H.: Multiscale, hybrid mixture theory for swelling systems. 1 Balance laws. Int. J. Eng. Sci. 34(2), 125–145 (1996a)
Bennethum, L.S., Cushman, J.H.: Multiscale, hybrid mixture theory for swelling systems. 2. Constitutive theory. Int. J. Eng. Sci. 34(2), 147–169 (1996b)
Bennethum, L.S., Cushman, J.H.: Multicomponent, multiphase thermodynamics of swelling porous media with electroquasistatics: I. Macroscale field equations. Transp. Porous Media 47, 309–336 (2002a)
Bennethum, L.S., Cushman, J.H.: Multicomponent, multiphase thermodynamics of swelling porous media with electroquasistatics: II Constitutive theory. Transp. Porous Media 47, 337–362 (2002b)
Bennethum, L.S., Murad, M., Cushman, J.: Modified Darcys Law Terzaghis effective stress principle and Ficks law for swelling clay soils. Comput. Geotech. 20(3), 245–266 (1997)
Bennethum, L.S., Murad, M.A., Cushman, J.H.: Macroscale thermodynamics and the chemical potential for swelling porous media. Transp. Porous Media 39, 187–225 (2000)
Bensal, H.S., Takhar, P.S., Maneerote, J.: Modeling multiscale transport mechanisms, phase changes and thermomechanics during frying. Food Res. Int. 62, 709–717 (2014)
Cengel, Y.A., Boles, M.A.: Thermodynamics: And Engineering Approach, 6th edn. Wiley InterSciences, Hoboken (2007)
Chirife, J., Iglesias, H.A.: Equations for fitting water sorption isotherms of foods: part 1—a review. J. Food Technol. 13, 159–174 (1978)
Cleland, D.J., Bronlund, J.E., Tanner, D.J., Smale, N.J., Wang, J.F., Nevis, A.L., Elsten, T., Mackay, S.B., Mawson, A.J., Merts, I.: Refrigeration Load Due to Moisture Sorption From Food Packaging Materials (1210-RP). Technical report, Institute of Technology and Engineering (2007)
Coleman, B.D., Noll, W.: The thermodynamics of elastic materials with heat conduction and viscosity. Arch. Ration. Thermodyn. Anal. 13, 167–178 (1963)
Foss, W.R., Bronkhorst, C.A., Bennett, K.A.: Simultaneous heat and mass transport in paper sheets during moisture sorption from humid air. Int. J. Heat Mass Transf. 46, 2875–2886 (2003)
Fremond, M., Nicolas, P.: Macroscopic thermodynamics of porous media. Contin. Mech. Thermodyn. 2, 119–139 (1990)
Graf, T.: Mutliphasic Flow Processes in Deformable Porous Media under Consideration of Fluid Phase Transitions. Ph.D. thesis, Stuttgart University (2008)
Hassanizadeh, S.M., Gray, W.G.: General conservation equations for multiphase systems: 1. Averaging procedure. Adv. Water Res. 2, 131–144 (1979a)
Hassanizadeh, S.M., Gray, W.G.: General conservation equations for multiphase systems: 2. Mass, momenta, energy, and entropy equations. Adv. Water Res. 2, 191–208 (1979b)
Jussila, P.: Thermomechanics of swelling unsaturated porous media: compacted bentonite clay in spent fuel disposal. Ph.D. thesis, Helsinki University of Technology (2007)
Karlsson, M., Stenström, S.: Static and dynamic modeling of cardboard drying part 1: theoretical model. Dry. Technol. 23, 143–163 (2005)
Liu, I.-S.: Method of Lagrange multipliers for exploitation of the entropy principle. Arch. Ration. Thermodyn. Anal. 46, 131–141 (1972)
Masoodi, R., Pillai, K.: Darcy’s law-based model for wicking in paper-like swelling porous media. AIChE J. 56(9), 2257–2267 (2010)
Nyman, U., Gustafsson, P.J., Johannesson, B., Hägglund, R.: A numerical method for nonlinear transient moisture flow in cellulosic materials. Int. J. Numer. Methods Eng. 66, 1859–1883 (2006)
Östlund, M.: Modeling the influence of drying conditions on the stress buildup during drying of paperboard. J. Eng. Mater. Technol. 128, 495–502 (2006)
Petterson, M., Stenström, S.: Experimental evaluation of electric infrared dryers. Tappi J. 83(8), 89–106 (2000)
Pont, S.D., Meftah, F., Schrefler, B.: Modeling concrete under severe conditions as a multiphase material. Nucl. Eng. Des. 241, 562–572 (2011)
Ristinmaa, M., Ottosen, N.S., Johannesson, B.: Mixture theory for a thermoelasto-plastic porous solid considering fluid flow and internal mass exchange. Int. J. Eng. Sci. 49, 1185–1203 (2011)
Schrefler, B.A.: Mechanics and thermodynamics of saturated/unsaturated porous materials and quantitative solutions. Appl. Mech. Rev. AMSE 55(46), 351–388 (2002)
Sullivan, E.R.: Heat and moisture transport in unsaturated porous media: a coupled model in terms of chemical potential. Ph.D. thesis, University of Colorado (2013)
Takhar, P.S.: Hybrid mixture theory based moisture transport and stress development in corn kernels during drying: Coupled fluid transport and stress equations. J. Food Eng. 105, 663–670 (2011)
Takhar, P.S.: Unsaturated fluid transport in swelling poroviscoelastic biopolymers. Chem. Eng. Sci. 109, 98–110 (2014)
Weinstein, T.F., Bennethum, L.S., Cushman, J.H.: Two-scale, three-phase theory for swelling drug deliver systems. Part 1: constitutive theory. J. Pharm. Sci. 97(5), 1878–1903 (2008)
Zapata, P., Fransen, M., Boonkkamp, J., Saes, L.: Coupled heat and moisture transport in paper with application to a warm print surface. Appl. Math. Model. 37, 7273–7286 (2013)