液滴撞击低温球形颗粒的涂覆效果研究

摘要

随着社会的不断的进步，人们对药物粉体、高蛋白等营养成分提取物需求量正在逐渐的增加，为了满足日益增长的趋势和获得高质量的粉体产品，喷雾冷冻技术作为一种新型的干燥技术正不断应用到工程实际中。喷雾冷冻干燥技术(SFD)为加工分散性的粉体提供一种工艺过程，它对制备高附加值的药物、食品、功能材料等粉末材料具有重大意义。但目前的喷雾冷冻干燥过程中存在操作性差、传热传质效率低、设备壁面沉积和产品质量差等问题，就以上问题，本文提出一种新的喷雾冷冻干燥方法，即将雾化的液滴涂覆在流化的冷冻载体颗粒表面，料液经过涂覆、冻结、冷冻干燥、剥离过程形成最终的粉体产品。通过这种方法可将被干燥的料液食品、药品等进一步干燥成粉体成品，无需二次加工;而且，结构简单、操作方便、实现设备的一体化。本文针对上述干燥方法中的冻结过程，研究了单液滴撞击冷球形表面的动力学行为。 为了深入的研究单液滴撞击冷球形表面的冻结行为，本文对雾化的液滴撞击低温球形表面的动态行为进行了可视化实验。通过对不同直径的雾化液滴在不同的低温环境下撞击不同直径的球体表面过程的动态行为进行了拍摄，得到了液滴撞击金属钢球表面的动力学特性。本文首先对雾化液滴撞击不同直径和温度的金属钢球表面进行了可视化实验，研究了撞击速度、过冷度等因素对液滴撞击过程的影响及液滴撞击直径为1.5mm、3mm、5mm的金属钢球的冻结过程，并对液滴直径对撞击过程动力学行为的影响进行可视化实验，当实验的环境温度分别为-20℃、-30℃时，液滴撞击低温金属钢球表面时液滴铺展后迅速回缩成塔形状然后缓慢的铺展直至稳定状态，与常温状态下相比较，液滴形态没有明显的振荡过程，通过以往的理论分析温度对液滴表面的张力和黏性的影响规律，本文推断在液滴达到最大铺展直径时，液膜与球形表面交界处形成一层冰膜，然后冻结界面逐渐的向上推移直至液滴冻结。所以在液膜回缩阶段可明显观测到液滴底部没有迁移现象。 结果表明，撞击速度越大，液滴所具有的初始动能越大，最大铺展直径越大，随着载体颗粒直径的增加液膜最大铺展弧长也随之增加，液膜的厚度却随载体颗粒直径的增加而减小，随着液滴直径的增加液膜的铺展弧长及液膜的厚度都随之增加。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 前言

1．1课题的研究背景及意义

1．2相关领域研究现状

1．2．1喷雾冷冻干燥简介

1．2．2喷雾冷冻干燥过程及其影响因素

1．2．3液滴撞击现象的相关研究

1．3研究现状的不足

1．4本文研究的内容

2液滴撞击低温球面的理论基础

2．1单液滴撞击球面的形态分析

2．2单液滴碰壁的控制方程

2．2．1理想固体表面的Young方程

2．2．2实际壁面上接触角滞后性

2．2．3接触线上的粘性剪切力

2．2．4自由表面常用数值算法

2．3单液滴冻结过程控制方程

2．3．1表面热流

2．3．2冷冻阶段

2．3．3冻结固化阶段

2．3．4相变区

2．4液滴碰撞壁面的受力分析

2．4．1表面张力

2．4．2内部压力

2．4．3粘性力

2．4．4惯性力

3 单液滴撞击低温球面实验

3．1引言

3．2实验装置

3．2．1液滴产生装置

3．2．2制冷调控装置

3．2．3高速摄像装置

3．3实验的方法

3．3．1实验前准备过程

3．3．2实验进行过程

3．3．3实验后数据处理过程

3．6试验设计分析

3．6．1直观分析

3．6．2方差分析

3．6．3回归分析

3．6．4影响液膜铺展长度的因素显著性分析

4实验结果分析与讨论

4．1碰撞过程液膜的厚度及半径影响因素

4．1．1图像处理过程

4．1．2液滴碰撞的过程形态变化

4．1．3液滴直径的改变对液膜形态的影响

4．1．4实验温度的改变对液膜形态的影响

4．1．5钢球直径的改变对液膜形态的影响

4．2试验设计分析与讨论

5 结论

5．1全文总结

5．2论文的创新点

5．3论文的不足之处

6展望

参考文献

致谢