[發明專利]噴霧干燥塔中物料蒸發的數值模擬方法

在審

• 申請號: 201810301623.0
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108897902A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 戚嚴文;許京荊;朱遠;李盛鵬;許德坤
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種噴霧干燥塔內懸浮液物料干燥的數值模擬方法。使用一種結構科學合理，干燥效果佳、耗能少、成本低、效率高、易于實現的噴霧干燥塔，提供了一種噴霧干燥塔內物料干燥的數值模擬方法，采用計算流體動力學軟件FLUENT對該噴霧干燥塔內物料的蒸發過程及伴隨的傳熱傳質過程進行數值計算，避免了實驗或盲目設計導致的高成本和原料浪費，對提高物料產品質量以及塔的產量具有一定的指導意義。本發明在一定程度上避免實驗或盲目設計導致的高成本和技術風險；本發明數值模擬仿真過程的程序易于實現，對于物料高效和高質量干燥過程應用具有顯著的價值。

技術領域

本發明涉及一種干燥工藝設備中實際工況的實驗分析方法，特別是涉及一種使用計算機軟件對干燥過程進行仿真分析方法，應用于干燥工藝過程控制技術領域。

背景技術

噴霧干燥設備是一種新型高效干燥工藝設備。它可使溶液、乳濁液、糊狀液及熱敏性物料經噴霧干燥。一般在幾秒鐘內蒸發水分轉變為符合生產要求的粉狀、顆粒狀空心球或圓粒狀產品。噴霧干燥技術已廣泛應用于食品、化工、醫藥以及環保等領域，隨著現代技術的發展，一些與原料顆粒大小相關的技術行業，如陶瓷、化學工業、添加劑等工業，對原料顆粒大小要求苛刻，進一步推動了造粒技術的迅猛發展。

由于噴霧干燥涉及了復雜的氣液兩相間的傳熱傳質過程，在干燥塔內直接進行測量極其困難，而大型工業化裝置又無法直接制作一臺裝置供試驗用，目前噴霧干燥裝置的設計大多依據小型裝置的實驗結果進行小試放大和設計人員的經驗，使得實際設計出的噴霧干燥總有這樣或者那樣的問題。使用計算機軟件對干燥過程進行仿真，可以得到干燥塔內部溫度場、速度場、顆粒軌跡以及粒徑分布，對于干燥塔設計及相關干燥問題的解決具有十分重要的意義，但目前對噴霧干燥塔中懸浮液物料蒸發的測量分析方法還不夠理想，這成為亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種噴霧干燥塔中物料蒸發的數值模擬方法，采用數值模擬的方法也在一定程度上避免實驗或盲目設計導致的高成本和技術風險，并且對于提高產品質量與產量具有重要的指導意義。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種噴霧干燥塔中物料蒸發的數值模擬方法，步驟如下：

(1)使用三維繪圖軟件繪制噴霧干燥塔的三維幾何模型圖：

利用ANSYS Workbench中的建模模塊Design Model對噴霧干燥塔三維模型進行建模；作為本發明優選的技術方案，噴霧干燥塔外部有保溫層，在設置壁面邊界條件的時候需要考慮壁面傳熱系數，在FLUENT軟件中創建新材料，根據物料的物理性質輸入相關參數進行建模；在建立噴霧干燥塔的有限元模型并進行求解時，采用基于ANSYS Workbench中的FLUENT軟件的數值模擬方法；

(2)建立噴霧干燥塔的有限元模型并進行求解，具體如下：

A.設定數值模擬的假設條件；

a)不考慮液滴之間的碰撞；

b)液滴-顆粒當作球體計算；

c)忽略顆粒內部與外部的溫度差；

B.使用歐拉-拉格朗日方法對熱空氣-顆粒相進行建模，干燥介質-熱空氣為連續相，液滴-顆粒為離散相，那么熱空氣所需滿足的方程如下：

質量守恒方程為：

運動方程為：

能量方程為：