單液滴撞擊冷表面的模擬研究.pdf

1、噴霧冷凍干燥(SFD)過(guò)程中存在霧化液滴在設(shè)備壁面的冷凍沉積問(wèn)題，不僅造成產(chǎn)品收集率的下降，且會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成二次污染，影響設(shè)備的傳熱傳質(zhì)速率，而對(duì)單液滴撞擊冷板面的研究有助于解決這一問(wèn)題。
　　本文在前期單液滴撞擊冷板面的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以單個(gè)蒸餾水及普魯蘭多糖液滴為研究對(duì)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(guò)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(duì)撞擊過(guò)程的影響以及液滴在冷板面上凍結(jié)過(guò)程。對(duì)液滴在冷板面上的鋪展和凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行了理論分析，建立了描述液滴鋪展過(guò)程及在冷板面上固化的數(shù)學(xué)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(jié)合，使用基于溫度的熱傳導(dǎo)方程代替原有的焓值方程，并且在熱容源項(xiàng)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(gè)物理場(chǎng)，求解了存在相變的傳熱問(wèn)題。
　　結(jié)果表明，撞擊高度與板面溫度對(duì)液滴在水平冷板面的鋪展過(guò)程起到重要作用，撞擊傾斜板面時(shí)，板面的傾角也會(huì)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(duì)液滴撞擊動(dòng)力學(xué)行為的影響逐漸變小，減小了液滴沉積的可能。物料的性質(zhì)，如黏度等也會(huì)對(duì)液滴的冷凍沉積發(fā)生重大影響，對(duì)于較高黏度物料，溫度并不起決定作用，黏度會(huì)影響液滴的鋪展速率及鋪展直徑，且影響趨勢(shì)較為明顯