單液滴撞擊冷表面的模擬研究.pdf

1、噴霧冷凍干燥(SFD)過程中存在霧化液滴在設備壁面的冷凍沉積問題，不僅造成產(chǎn)品收集率的下降，且會對產(chǎn)品造成二次污染，影響設備的傳熱傳質速率，而對單液滴撞擊冷板面的研究有助于解決這一問題。
　　本文在前期單液滴撞擊冷板面的實驗基礎上，以單個蒸餾水及普魯蘭多糖液滴為研究對象，使用數(shù)值模擬的方法研究了直徑為3.2 mm的單液滴與冷板面（小于0℃）撞擊鋪展和固化過程，分析了撞擊高度(H=100 mm、250 mm、500 mm)和板面溫度

2、(T=253 K和268 K)以及板面傾角（α=0°、30°、45°和60°）對撞擊過程的影響以及液滴在冷板面上凍結過程。對液滴在冷板面上的鋪展和凍結過程進行了理論分析，建立了描述液滴鋪展過程及在冷板面上固化的數(shù)學模型，建立了液滴鋪展的二維與三維物理模型，將水平集方法和固化模型相結合，使用基于溫度的熱傳導方程代替原有的焓值方程，并且在熱容源項中加入熔化潛熱，利用COMSOL Multiphysics4.2(@)軟件，耦合“兩相流水平集”

3、與“流體傳熱”兩個物理場，求解了存在相變的傳熱問題。
　　結果表明，撞擊高度與板面溫度對液滴在水平冷板面的鋪展過程起到重要作用，撞擊傾斜板面時，板面的傾角也會影響液滴在冷板面上冷凍沉積的發(fā)生，隨著撞擊速度和傾斜角度的增加，板面溫度對液滴撞擊動力學行為的影響逐漸變小，減小了液滴沉積的可能。物料的性質，如黏度等也會對液滴的冷凍沉積發(fā)生重大影響，對于較高黏度物料，溫度并不起決定作用，黏度會影響液滴的鋪展速率及鋪展直徑，且影響趨勢較為明顯