MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH SẤY BƠM NHIỆT DÒNG KHÍ THẲNG ĐỨNG CHO VẬT LIỆU DẠNG BỘT DỄ CHÁY NỔ

Tóm tắt

Bài báo trình bày mô hình hóa và mô phỏng động lực học của quá trình sấy bơm nhiệt dòng khí thẳng đứng đối với vật liệu bột có nguy cơ cháy nổ cao. Mô hình toán được thiết lập dựa trên phương trình cân bằng năng lượng – khối lượng kết hợp mô phỏng động lực học chất lưu (CFD), nhằm phân tích trường nhiệt – ẩm và phân bố vận tốc dòng khí trong buồng sấy. Kết quả mô phỏng cho thấy dòng khí thẳng đứng giúp phân bố nhiệt đều, ổn định gradient ẩm theo chiều sâu lớp bột, hạn chế tích nhiệt cục bộ. Lớp bột có chiều dày 2-4 mm đạt hiệu suất sấy cao nhất, rút ngắn thời gian sấy 20-25% so với sấy ngang truyền thống. Hệ số hiệu suất năng lượng COP đạt 3,4-4,2, với mức tiết kiệm điện năng trung bình 18-25%. Hệ thống duy trì an toàn nhiệt cấp II theo tiêu chuẩn ATEX, không xuất hiện vùng quá nhiệt (>85°C) trong suốt chu trình sấy. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế và chế tạo hệ thống sấy bơm nhiệt tự động, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo an toàn cháy nổ cho vật liệu bột dễ cháy

Title

MODELING AND SIMULATION OF VERTICAL AIR-FLOW HEAT PUMP DRYING PROCESS FOR EXPLOSIVE POWDER MATERIALS

Abstract

This paper presents the modeling and dynamic simulation of a vertical air-flow heat pump drying process for powder materials with a high risk of explosion. A mathematical model was developed based on the energy – mass balance equations combined with Computational Fluid Dynamics (CFD) to analyze the temperature – moisture field and air velocity distribution inside the drying chamber. The simulation results show that the vertical airflow ensures a uniform temperature distribution, stabilizes the moisture gradient along the powder layer, and prevents local heat accumulation. Powder layers with a thickness of 2-4 mm achieved the highest drying efficiency, reducing the drying time by 20-25% compared to conventional horizontal airflow drying. The Coefficient of Performance (COP) ranged from 3.4 to 4.2, corresponding to an average energy saving of 18-25%. The system maintained thermal safety level II (ATEX standard), with no overheat zones (>85°C) observed during the entire drying cycle. The results provide a scientific basis for the design and development of automatic, energy-efficient, and explosion-safe heat pump drying systems for fine and flammable powder materials