喷雾干燥制粒机内气固两相流动与传热过程数值模拟研究

发布时间：2017-05-24 13:16

  本文关键词：喷雾干燥制粒机内气固两相流动与传热过程数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：喷雾干燥制粒机是一种集混合、喷雾、干燥、制粒、颗粒包衣等多功能为一体的制粒设备,虽然该设备具有生产效率高,且产品不被污染等优点,但是在应用方面仍有很多不足。根据国内外对喷雾干燥制粒机的研究现状以及对喷雾干燥制粒设备应用的调查,本文采用fluent软件对喷雾干燥制粒机内部的种子粉料的流化情况以及颗粒干燥流场进行数值模拟研究。以制粒设备实际工况、实验测得的物料相关参数、数值模拟得到的多孔介质阻力损失系数以及多相流等理论为基础,应用GAMBIT软件建立了PGL-150B型喷雾干燥制粒机物理模型,并运用ANSYS ICEM CFD对其进行网格划分后导入fluent软件进行三维数值模拟正交试验。其中,正交试验的考察指标是制粒机内流态化质量,考察因素有六个,包括流化过程中热空气的进风速度、固体颗粒堆积高度、流化多孔板的开孔率这三个单因素以及各因素间的联合搭配作用。对正交试验结果分析知:(1)各因素对流态化质量影响的主次顺序为流化多孔板开孔率、热空气进风速度与流化多孔板开孔率的交互作用、热空气进风速度、热空气进风速度与颗粒堆积高度的交互作用、颗粒堆积高度与流化多孔板开孔率的交互作用、颗粒堆积高度,其中流化多孔板开孔率对流态化质量有显著性影响,并且达0.025级,其它5个考察因素对试验指标影响均不显著。(2)制粒机内流化的最优参数组合为热空气进风速度为1.489m/s,固体颗粒堆积高度为0.455m,流化多孔板开孔率为5.33%。在制粒机内流化质量研究的基础上对喷雾干燥制粒机内颗粒干燥进行了数值模拟,得到了在制粒机内热空气的速度场,温度场,湿度场,水分质量分数分布以及颗粒中非挥发分与挥发分表示的颗粒轨迹图,揭示了制粒机内部的流场情况。通过数值模拟知,在流态化优化后的颗粒干燥完成时,出口热风温度约为362.5k左右,基本达出口温度在90℃的工艺要求;干燥后的颗粒所含水分低至1.75%,而原工艺下药粒成品的含水量为4.2%,即流态化优化后的颗粒干燥更加充分。本文运用计算流体力学软件对喷雾干燥制粒机内气固两相流动及传热过程的数值模拟,所得结论为系统的设计提供了一定的理论依据以及对喷雾干燥制粒设备的运用也具有一定的指导作用。
【关键词】：喷雾干燥制粒机 气固两相流 传热传质 数值模拟
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB4;TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 喷雾干燥制粒设备工作原理9-10
• 1.1.2 喷雾干燥制粒设备优点10
• 1.1.3 喷雾干燥制粒设备常见问题10-11
• 1.2 国内外研究进展与现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第2章 数值模拟理论基础14-24
• 2.1 多相流模型简介14-18
• 2.1.1 拉格朗日坐标系下的离散相模型14
• 2.1.2 欧拉坐标系下的多相流模型14-15
• 2.1.3 欧拉模型15-18
• 2.2 湍流模型简介18-22
• 2.2.1 k-ε 两方程湍流模型18-21
• 2.2.2 湍流参数21-22
• 2.3 多孔介质模型简介22
• 2.4 本章小结22-24
• 第3章 药粒物性参数实验及多孔介质阻力系数计算24-34
• 3.1 药粒物性参数实验24-28
• 3.1.1 药粒密度24
• 3.1.2 药粒粘度24-26
• 3.1.3 药粒直径26-27
• 3.1.4 药粒压缩极限27
• 3.1.5 药粒含水量27-28
• 3.2 多孔介质阻力损失系数求解28-33
• 3.2.1 流化多孔板流场数值模拟29-30
• 3.2.2 阻力损失系数30-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 气固两相流动数值模拟试验及分析34-59
• 4.1 模型建立34-38
• 4.1.1 物理模型及简化34-35
• 4.1.2 建模35-37
• 4.1.3 网格划分37-38
• 4.2 数值求解设置38-42
• 4.3 气固两相流动数值模拟试验设计42-49
• 4.3.1 正交试验因素取值范围选择42-47
• 4.3.2 考虑交互作用的正交试验设计47-49
• 4.4 正交试验结果与分析49-58
• 4.4.1 正交试验结果极差分析55-56
• 4.4.2 正交试验结果方差分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 气固两相传热过程数值模拟59-67
• 5.1 模型选择与边界条件的设置59-61
• 5.1.1 模型的选择59
• 5.1.2 气相边界条件59-60
• 5.1.3 固相边界条件60-61
• 5.2 结果与分析61-66
• 5.2.1 喷雾干燥制粒机内连续相分析61-64
• 5.2.2 喷雾干燥制粒机内离散相分析64-65
• 5.2.3 单个颗粒干燥过程分析65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-72
• 附录A 攻读硕士学位期间申请的发明专利72

【参考文献】

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1 李s

本文编号：390898