喷雾干燥中耦合流场的数值模拟及塔体性能参数的分析

论文摘要

本文采用理论分析、软件仿真和实验数据相结合的方法研究了干燥塔内的耦合流场，并以此为依据对干燥塔进行结构和工艺参数的优化，使其达到经济合理的目的。本文主要以干燥过程中物料颗粒为研究对象，针对DC300型干燥塔，运用计算流体力学和空气动力学对雾化器雾化过程，颗粒运动轨迹以及在运动过程中温度和蒸发量变化规律，旋风氮气场的运动规律和温度分布逐一进行分析。在模拟仿真和实验数据分析的基础之上，对干燥中粘壁现象，产品质量和生产效率进行研究，提出了塔体最小有效尺寸概念，优化了塔体结构，揭示了产品质量和生产效率之间部分复杂关系。通过对DC300型干燥塔内耦合流场分析发现，颗粒自雾化器喷出之后短时间内，温度和蒸发量迅速上升，颗粒很快得到充分干燥，并不需要过长的干燥时间防止颗粒未干燥彻底和过大的塔体结构防止粘壁现象的出现。经过对产品质量和生产效率具体分析后，发现二者关系极其复杂，无法定量分析二者之间的关系，需要针对具体设备、具体工况利用模型仿真结果进行分析，得到在满足生产需要的前提下，产品质量和生产效率最优结合。最后提出塔体最小有效尺寸，优化塔体结构，为干燥塔合理经济的设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 干燥技术的发展现状
• 1.1.1 喷雾干燥技术
• 1.1.2 喷雾干燥设备
• 1.1.3 喷雾干燥技术的发展现状
• 1.2 本课题的来源和研究目的及意义
• 1.3 本文的主要研究内容和思路
• 第二章 喷雾干燥中喷雾性能参数的理论分析
• 2.1 压力式雾化器性能和影响雾化质量几个重要参数的分析
• 2.1.1 雾化器的流量及流量系数
• 2.1.2 雾化角
• 2.1.3 液滴的平均直径
• 2.2 流量，雾化角和液滴平均直径之间关系的分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 喷雾干燥塔内流场的计算流体动力学分析
• 3.1 计算流体动力学概述
• 3.1.1 计算流体动力学概念
• 3.1.2 计算流体力学的工作步骤和特点
• 3.1.3 计算流体力学的应用领域
• 3.2 喷雾干燥的CFD模型的建立
• 3.2.1 流场基本方程的建立
• 3.2.2 湍流雷诺应力模型封闭方程组的建立
• 3.2.3 雾料颗粒在空气中运动特性分析
• 3.2.4 颗粒轨道模型的建立
• 3.2.5 气粒两相间的热质传递模型的建立
• 3.3 干燥过程中边界条件的处理
• 3.3.1 进口边界条件
• 3.3.2 出口边界条件
• 3.3.3 塔体壁面边界条件
• 3.4 喷雾干燥CFD模型的数值计算
• 3.4.1 计算流体动力学中连续方程的离散化
• 3.4.2 干燥过程中流场的数值算法
• 3.4.3 计算终止条件
• 3.5 本章小结
• 第四章 喷雾干燥CFD数值模拟
• 4.1 FLUENT概述
• 4.2 干燥塔内流体的网格划分
• 4.2.1 网格类型
• 4.2.2 划分网格的基本原则
• 4.2.3 喷雾干燥塔的网格划分
• 4.3 干燥塔温度测定及物料湿度测定
• 4.4 喷雾干燥塔模拟及结果分析
• 4.4.1 干燥塔内气相场模拟结果分析
• 4.4.2 干燥塔内物料粒子轨道模拟结果分析
• 4.4.3 干燥塔内气粒两相热质交换模拟结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 喷雾干燥塔粘壁问题及其工艺结构的研究
• 5.1 喷雾干燥塔粘壁问题的分析
• 5.1.1 粘壁产生的原因及其带来的危害
• 5.1.2 目前减轻塔内粘壁问题的措施
• 5.1.3 CFD模型对粘壁问题的分析
• 5.2 喷雾干燥中产品质量和生产效率的分析
• 5.2.1 干燥产品质量指标
• 5.2.2 喷雾干燥生产效率
• 5.2.3 CFD模型对产品质量和生产效率的分析
• 5.3 喷雾干燥塔最小塔体有效尺寸的建立
• 5.3.1 塔体最小有效尺寸的概念和影响因素
• 5.3.2 本产品的塔体最小有效尺寸及其经济效益
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果