喷雾干燥热质传递特性研究—胡洪2011.5.18

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喷雾干燥热质传递特性研究—胡洪2011.5.18

【摘要】：通过对现有的液滴蒸发模型,包括大空间液滴蒸发模型、有限空间液滴蒸发模型等进行分析,讨论以上模型在是否考虑液滴内部温度梯度下的数学模型和其适用范围。在此基础上通过对以上模型的进一步分析和讨论,获得了适合喷雾干燥过程的多组分液滴蒸发过程数学模型。 建立了干燥塔内气相控制方程以及液滴颗粒的轨道方程,通过对气相控制方程的求解获得塔内气相流场,通过对液滴颗粒轨道方程求解获得粒子运动的轨迹。同时,通过气一粒的耦合计算,得到干燥粒子在运动过程中的热、质传递特性,获得粒子从一开始入塔到最终离开干燥塔期间的动态蒸发过程以及粒子与气相间的热质交互作用；颗粒吸热蒸发过程中不断向气相传递水分,通过耦合计算获得干燥塔内部各时刻的温度与相对湿度变化,得到了干燥塔尾气的排气温度、湿度。并通过对典型粒子运动的追踪,获得了粒子在干燥塔内的停留时间。 液滴在干燥塔内的蒸发过程分为三个阶段。首先是液滴的加热升温阶段,接下来是液滴的快速干燥阶段,之后是液滴干燥完成阶段。通过对气相计算发现干燥塔内存在旋流区域,旋流区域的存在增加了系统输送空气的能耗,但是同时也增加了粒子在干燥塔内的停留时间,这又对粒子的干燥有利。液滴的蒸发强度随着进、出口空气温度的升高的增加；且增加过程在一定的温度范围内近似呈现线性关系。随着入口高温空气流速的增加,干燥塔内的平均风速增加,粒子在干燥塔内粒子平均停留时间缩短。 喷雾干燥过程中用于粒子回收的旋风分离器对颗粒的分离效率跟旋风分离器的物理尺寸、入口风速和粒子直径有密切关系；对于既定的旋风分离设备,入口风速的增加和颗粒粒径的增加在一定程度上可以提高其分离效率,但是入口风速的增加同时也带来进出口压差快速增加,带来更大的动力消耗,故而盲目地提高旋风分离器的入口风速来提高其分离性能是不可取的。

【关键词】：喷雾干燥 液滴 蒸发 热质传递 旋风分离
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU831
【目录】：

目录6-8

第一章 绪论8-13

1.1 选题的背景和意义8-9

1.2 国内外研究进展与现状9-11

1.3 本文的主要工作11-13

第二章 干燥塔内流场与液滴轨道控制方程13-23

2.1 质量守恒方程13

2.2 动量守恒方程13-14

2.3 能量守恒方程14-15

2.4 组分质量守恒方程15-16

2.5 湍流模型16-19

2.5.1 Sparlart模型16

2.5.2 标准κ-ε模型16

2.5.3 RNG κ-ε模型16

2.5.4 Realizable κ-ε模型16

2.5.5 雷诺应力模型(RSM)16-17

2.5.6 各种湍流模型比较17-19

2.6 通用控制方程19-20

2.7 液滴运动轨道模型20-22

2.8 本章小结22-23

第三章 液滴传热传质数学模型23-32

3.1 大空间内液滴动态蒸发数学模型23-25

3.1.1 大空间内液滴动态蒸发(不考虑内部梯度)23-24

3.1.2 大空间内液滴动态蒸发(考虑内部梯度)24-25

3.2 有限空间内液滴动态蒸发数学模型25-28

3.2.1 有限空间内液滴动态蒸发(不考虑内部梯度)25-27

3.2.2 有限空间内液滴动态蒸发(考虑内部梯度)27-28

3.3 喷雾干燥过程多组分液滴动态蒸发数学模型28-31

3.3.1 液滴内部的热量传递28-29

3.3.2 液滴与气相的热质传递29-30

3.3.3 液滴内部的质量传递30-31

3.4 本章小结31-32

第四章 数值求解过程32-44

4.1 求解区域离散32-33

4.2 控制方程的离散33-41

4.2.1 不同对流项离散格式选取讨论33-41

4.2.2 控制方程离散41

4.3 流场计算的SIMPLE法41

4.4 离散相Particle Source in Cell算法41-42

4.5 欠松弛算法与收敛判别42-44

4.5.1 欠松弛算法42-43

4.5.2 收敛判别43-44

第五章 喷雾干燥几个关键过程讨论44-61

5.1 液滴动态蒸发过程44-47

5.2 塔内气相、粒子热质作用过程47-56

5.2.1 流场与热质传递47-51

5.2.2 颗粒轨道51-55

5.2.3 不同进风温度、速度的影响55-56

5.3 旋风分离过程56-61

5.3.1 工作过程与分离原理56

5.3.2 物理模型56-57

5.3.3 模拟结果分析57-61

第六章 主要结论与展望61-63

6.1 主要结论61

6.2 研究展望61-63

附录A63-64

参考文献64-68

在校期间发表的学术论文及研究成果68-69

致谢69