郑所生 黄瑶 邹鲲 彭倚天

(东华大学机械工程学院,上海 201620)

刮膜蒸发器是通过旋转刮板强制成膜,可实现高黏度非牛顿流体类物料平稳蒸发的新型高效蒸发器.蒸发器内流体的流动、分布与传输机制直接决定了蒸发器的蒸发效率与功耗.不同于现有研究主要基于牛顿流体开展,本文针对不同黏度的非牛顿流体,建立蒸发器三维计算流体动力学模型,系统研究了蒸发器内的流场分布特性和成膜机理.结果表明:低黏非牛顿流体的流场分布特性和牛顿流体类似,物料可在壁面形成均匀且连续的液膜;随着黏度的增加,液膜的均匀性和连续性逐渐变差.通过对流场分布与传输形式的研究,结合液膜分布、速度分布、剪应变率分布,以及黏度分布进行对比分析发现,蒸发器内部结构与运行状态形成的剪切场与黏度分布是蒸发器良好成膜的关键.此外,提出对刮板前缘进行弯折可辅助高黏流体液膜铺展,并对最佳弯折角度进行探索.本研究为刮膜蒸发器的设计和应用提供了理论指导与依据.

1 引言

刮板薄膜蒸发器广泛应用于化工、医药、食品、纺织等行业[1],用于浓缩原料溶液,实现溶剂的完全回收.作为一种新型高效蒸发器,其结构如图1(a)所示,转轴以固定的角速度旋转,带动刮板将物料刮成厚薄均匀的液膜,从而为黏性流体提供更高的传热传质速率,适用于热敏性、高黏度及易结晶物料加工.

自20 世纪40 年代薄膜蒸发器问世……