均一粒径液滴喷雾干燥塔数值模拟研究

摘要

均一粒径液滴喷雾干燥塔(MDSD)在生产均匀尺寸液滴方面发挥着巨大优势。由于其独特的设计，液滴在进入主干燥塔干燥之前必须通过分散室进行分散，从而在干燥器的出口可以获得充分干燥的粉末。干燥塔操作设置不当，会导致干燥效率低下。现今实验观测液滴分散动力学存在着局限性，这极大地推动了计算流体力学(CFD)的应用。在最近的研究中，许多学者利用CFD技术，考虑了液滴注入位置对干燥的影响。但是由于分散室和主干燥室几何尺寸之间存在巨大差异，使得分散室和主干燥室单独分开，无法整体建模。对此，本文介绍了一种解决这一问题的系统方法。这种方法允许不同大小的腔室分别进行模拟，最后耦合在一起以避免建立网格的困难。这种独特的耦合方式严格遵循质量、能量和动量守恒定律，使得液滴从分散室到主干燥室可以实现平滑的过渡。通过和实验含水率的对比，验证了该方法的有效性。该耦合方法具有广阔的应用前景，可进一步用于喷雾干燥过程的优化和设计。 为了提高干燥过程中的传质与传热效率，优化干燥过程的操作，本文利用离散相(DPM)模型和反应工程法(REA)干燥模型，通过耦合分散室和主干燥室模型，开发完整的MDSD三维计算流体力学模型。基于此模型，系统探究了在干燥过程中分散气旋流、热空气旋流以及二者共同旋流对颗粒运动和最终干燥效果的影响。模拟结果表明，分散室中旋流的引入提高了液滴的分散性，随着分散气入射角度的改变，分散特性随之改变;主干燥塔中热空气单纯的引入旋流，对液滴干燥不起作用，在引入旋流的基础上增大径向分量，热空气入射角度变小，液滴的分散范围增大，传质与传热加强;两者共同旋流后发现，同向旋流比反向旋流带来的干燥效果更好。同时本文在该模型的基础上进一步探索了不同雾化器位置对液滴分散的影响，对将来改变液滴的注入方式做了探讨。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1传统喷雾干燥的流程

1．2喷雾干燥的应用

1．3雾化器

1．3．1压力式雾化器

1．3．2气流式雾化器

1．3．3旋转式雾化器

1．3．4均一粒径雾化器

1．4喷雾干燥与计算流体力学(CFD)

1．5干燥模型的研究进展

1．6均一粒径液滴喷雾干燥数值研究进展

1．7本文主要研究内容

1．8本文的难点及创新点

2．1系统简介

2．2系统控制方程

2．2．1基本守恒方程

2．2．2湍流模型

2．2．3离散相模型

2．2．4液滴干燥动力学

2．3边界条件和初始值

2．4分散室和主干燥塔的耦合计划

2．4．1分散室出口收集液滴

2．4．2定量液滴所聚集的区域

2．4．3划分液滴集中的区域

2．4．4注入点参数的计算

2．4．5耦合计划实现步骤

2．5数值输入

第三章分散室和主干燥室模型耦合的结果与讨论

3．1 分散室出口的液滴数据分析

3．2创建注入点

3．3模拟结果与实验结果对比

3．4本章小结

第四章旋风操作和雾化器位置的设计与优化

4．1旋风操作实验设计

4．2旋风操作的结果与讨论

4．2．1分散气旋流的结果讨论

4．2．2热空气旋流的结果讨论

4．2．3共同旋流的结果与讨论

4．3不同初始雾化位置的设计与结果讨论

4．4本章小结

5．1结论

5．2展望

科研成果

参考文献

致谢