[发明专利]喷雾干燥塔中物料蒸发的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种喷雾干燥塔内悬浮液物料干燥的数值模拟方法。使用一种结构科学合理，干燥效果佳、耗能少、成本低、效率高、易于实现的喷雾干燥塔，提供了一种喷雾干燥塔内物料干燥的数值模拟方法，采用计算流体动力学软件FLUENT对该喷雾干燥塔内物料的蒸发过程及伴随的传热传质过程进行数值计算，避免了实验或盲目设计导致的高成本和原料浪费，对提高物料产品质量以及塔的产量具有一定的指导意义。本发明在一定程度上避免实验或盲目设计导致的高成本和技术风险；本发明数值模拟仿真过程的程序易于实现，对于物料高效和高质量干燥过程应用具有显著的价值。

技术领域

本发明涉及一种干燥工艺设备中实际工况的实验分析方法，特别是涉及一种使用计算机软件对干燥过程进行仿真分析方法，应用于干燥工艺过程控制技术领域。

背景技术

喷雾干燥设备是一种新型高效干燥工艺设备。它可使溶液、乳浊液、糊状液及热敏性物料经喷雾干燥。一般在几秒钟内蒸发水分转变为符合生产要求的粉状、颗粒状空心球或圆粒状产品。喷雾干燥技术已广泛应用于食品、化工、医药以及环保等领域，随着现代技术的发展，一些与原料颗粒大小相关的技术行业，如陶瓷、化学工业、添加剂等工业，对原料颗粒大小要求苛刻，进一步推动了造粒技术的迅猛发展。

由于喷雾干燥涉及了复杂的气液两相间的传热传质过程，在干燥塔内直接进行测量极其困难，而大型工业化装置又无法直接制作一台装置供试验用，目前喷雾干燥装置的设计大多依据小型装置的实验结果进行小试放大和设计人员的经验，使得实际设计出的喷雾干燥总有这样或者那样的问题。使用计算机软件对干燥过程进行仿真，可以得到干燥塔内部温度场、速度场、颗粒轨迹以及粒径分布，对于干燥塔设计及相关干燥问题的解决具有十分重要的意义，但目前对喷雾干燥塔中悬浮液物料蒸发的测量分析方法还不够理想，这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种喷雾干燥塔中物料蒸发的数值模拟方法，采用数值模拟的方法也在一定程度上避免实验或盲目设计导致的高成本和技术风险，并且对于提高产品质量与产量具有重要的指导意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种喷雾干燥塔中物料蒸发的数值模拟方法，步骤如下：

(1)使用三维绘图软件绘制喷雾干燥塔的三维几何模型图：

利用ANSYS Workbench中的建模模块Design Model对喷雾干燥塔三维模型进行建模；作为本发明优选的技术方案，喷雾干燥塔外部有保温层，在设置壁面边界条件的时候需要考虑壁面传热系数，在FLUENT软件中创建新材料，根据物料的物理性质输入相关参数进行建模；在建立喷雾干燥塔的有限元模型并进行求解时，采用基于ANSYS Workbench中的FLUENT软件的数值模拟方法；

(2)建立喷雾干燥塔的有限元模型并进行求解，具体如下：

A.设定数值模拟的假设条件；

a)不考虑液滴之间的碰撞；

b)液滴-颗粒当作球体计算；

c)忽略颗粒内部与外部的温度差；

B.使用欧拉-拉格朗日方法对热空气-颗粒相进行建模，干燥介质-热空气为连续相，液滴-颗粒为离散相，那么热空气所需满足的方程如下：

质量守恒方程为：

运动方程为：

能量方程为：