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奶粉氣流式噴霧干燥過程中粘壁現象的研究
奶粉行業噴霧干燥技術已日趨成熟，但仍存在一些問題亟需解決，諸如干燥產品雜質度高、液滴蒸發量低、干燥器內壁掛粉等，其中*為嚴重的就是奶粉噴霧干燥過程中的粘壁(即掛粉)現象。本文以YC-015實驗室小型噴霧干燥機為基礎模型，采用理論分析、數值仿真和實驗研究相結合的方法，研究奶粉噴霧干燥過程中可控操作參數對粘壁現象的影響，為奶粉生產提供理論依據。運用前處理軟件GAMBIT對實驗室小型噴霧干燥機幾何模型進行了整體網格劃分和局部加密；在FLUENT中考慮了重力和空氣拽力對霧滴運動的影響，以及離散相與連續相的雙向耦合，建立了波動破碎霧化模型來模擬霧滴的二次霧化，并將壁面離散相邊界條件設置為trap，確定了迭代時間步長為0.0001s，對離散相進行了非穩態追蹤。得到并分析了塔內流場的溫度分布、速度分布、濕度分布及顆粒軌跡、顆粒溫度、顆粒停留時間等特性。
為了加深對粘壁現象的研究，*后還分析了霧滴滴徑的影響因素和旋風分離裝置對粘壁的影響。結果證實：霧滴的平均滴徑隨著進風溫度、進料速率的增大而增大，隨氣液相對速度的增大而減小；旋風分離器對粒徑20μm以內的顆粒分離性能較好，粒徑過大就易在旋風分離器發生粘壁。
建立了干燥塔內氣相控制方程以及液滴顆粒的軌道方程,通過對氣相控制方程的求解獲得塔內氣相流場,通過對液滴顆粒軌道方程求解獲得粒子運動的軌跡。同時,通過氣-粒的耦合計算,得到干燥粒子在運動過程中的熱、質傳遞特性,獲得粒子從一開始入塔到*終離開干燥塔期間的動態蒸發過程以及粒子與氣相間的熱質交互作用；顆粒吸熱蒸發過程中不斷向氣相傳遞水分,通過耦合計算獲得干燥塔內部各時刻的溫度與相對濕度變化,得到了干燥塔尾氣的排氣溫度、濕度。實驗室小型噴霧干燥機通過對典型粒子運動的追蹤,獲得了粒子在干燥塔內的停留時間。搭建了噴霧干燥實驗平臺，對進風溫度、料液濃度、進料速率三個變量分別進行了單因素實驗與響應曲面實驗設計，并在不同工況下分別取樣利用環境掃描電鏡進行微觀結構觀察，實驗室小型噴霧干燥機利用紅外真空干燥箱進行含水量測定，找出了在粘壁量*小前提下的*優工藝參數用于后續的數值模擬驗證。噴霧干燥過程中用于粒子回收的旋風分離器對顆粒的分離效率跟旋風分離器的物理尺寸、入口風速和粒子直徑有密切關系;對于既定的旋風分離設備,入口風速的增加和顆粒粒徑的增加在一定程度上可以提高其分離效率,但是入口風速的增加同時也帶來進出口壓差快速增加,帶來更大的動力消耗,故而盲目地提高旋風分離器的入口風速來提高其分離性能是不可取的。*優工藝參數為：進風溫度200℃，料液濃度25％，泵轉速55r/min。分析了*優工藝下各因素的交互作用響應曲面圖，表明進風溫度和泵轉速的交互作用對粘壁的影響較大，在選擇參數時要綜合考慮各因素的交互作用
