刮膜蒸發(fā)壁面流體流動數(shù)值模擬及傳熱過程研究.pdf

1、刮膜式分子蒸餾技術(shù)在化工醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用越來越普遍。由于刮膜器的增加，蒸餾器內(nèi)流體流動復(fù)雜性增加。流體的流動形態(tài)直接影響到設(shè)備的傳質(zhì)傳熱效率，進(jìn)而影響分離效果，因此，研究刮膜式分子蒸餾器內(nèi)流體的流動和傳熱過程具有重要意義。
　　本文利用Fluent軟件模擬計算刮膜式分子蒸餾器中流體的停留時間分布及其影響因素，進(jìn)料速率增大會使得平均停留時間減少；停留時間隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定程度后，平均停留時間會相應(yīng)減少；干壁面積分率增大

2、也會減小平均停留時間；針對傳統(tǒng)蒸發(fā)壁面面積利用率不高的弊端，本文提出了三種優(yōu)化方案，水平圓環(huán)壁面和傾斜圓環(huán)壁面的平均停留時間在傳統(tǒng)光滑壁面的基礎(chǔ)上分別增加和減少，但網(wǎng)狀圓環(huán)壁面的平均停留時間最大，適合非熱敏性物質(zhì)的分離；本文還進(jìn)行了冷模實驗對模擬結(jié)果進(jìn)行驗證。針對蒸餾器內(nèi)流體的流動建立了兩個流動數(shù)學(xué)模型，對其進(jìn)行了模擬計算和參數(shù)的調(diào)整分析，模型2能更好地描述刮膜式分子蒸餾器內(nèi)的流體流動情況。
　　其次，考察刮板形狀和刮板與壁面間距

3、對蒸發(fā)壁面上液膜厚度變化及其分布的影響。適當(dāng)增加間距可促進(jìn)液膜均勻分布，避免斷流現(xiàn)象發(fā)生；圓形刮板后方液膜分為下降區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，間距為0.6mm時穩(wěn)定區(qū)的液膜厚度最薄。矩形刮板和梯形刮板對流體的阻力比圓形刮板小，液膜厚度與間距大小關(guān)系更密切。矩形刮板后方液膜厚度比較穩(wěn)定且薄，利于傳質(zhì)傳熱。
　　最后，對蒸發(fā)壁面上的流體進(jìn)行傳熱分析。重點考察轉(zhuǎn)子運(yùn)動對壁面?zhèn)鳠岬挠绊?，距離轉(zhuǎn)子越近，溫度變化越明顯。溫度波動變化是按照一定的時間間隔往后推

4、移，該間隔等于轉(zhuǎn)子在兩點之間的運(yùn)動時間。傳熱系數(shù)在轉(zhuǎn)子的頭部下降，達(dá)到一個極小值，此后傳熱系數(shù)迅速增大，達(dá)到最大值，此后降低到第二個極小值，然后升高并且小幅度地波動。努賽爾數(shù)從前駐點開始下降，出現(xiàn)最低值，隨著紊流的發(fā)展，努賽爾數(shù)急升，達(dá)旺盛紊流時，努賽爾數(shù)有最大值。待紊流穩(wěn)定后，由于紊流邊界層的不斷增厚，努賽爾數(shù)又開始下降，達(dá)到第二個最低值。過分離點后，努賽爾數(shù)又再次回升。轉(zhuǎn)子前后方不同平面處的溫度梯度分布均分為三個部分，液膜區(qū)——層流