旋转锥煮沸锅气液两相流动的CFD模拟

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麦汁煮沸在啤酒生产热段是极其重要的阶段。目前煮沸锅设备的应用虽日趋成熟,但煮沸耗能高,蒸发量过大。本文在现有麦汁煮沸锅基础上,增加一种新型离心成膜装置,构成旋转锥煮沸锅,探究其在麦汁煮沸中的应用前景,并对其相关参数进行研究,具有重要的指导意义。本论文主要研究内容如下:模拟单层气相旋转锥煮沸锅,有无转速影响气相的运动路线。转速达到一定值时,在压力敏感区域产生涡流效应,导致气相能量损失,无法溢出,从而降低设备效率。通过增加翅片改造旋转锥结构,可以提高气相在外壁面的速度,增大传质面积,提高传质效率。模拟单层液相旋转锥煮沸锅,发现麦汁的主要存在形式为液膜,在高流量低转速时,会在旋转锥底部产生积液,影响液膜传质;高转速低流量时,麦汁在旋转锥层产生螺旋线运动,无法在旋转锥形成液膜,不利于传质;由于麦汁接触旋转锥表面时,速度发生突变,液膜表现出一定波动性。结合气相和液相模拟结果,进行单层旋转锥煮沸锅气液两相模拟。气液两相工况下压降高于单气相,由于麦汁在旋转锥离心力的作用下溢出,起到了增长旋转锥的作用,进一步减小了饱和蒸汽的溢出通道,导致压降增加明显;气体流动的空间减小和液滴对气相施加的阻力增加。增加固定锥,构成多层旋转锥煮沸锅,单气相工况下压降更大,最主要原因是由于气流在通过旋转锥和固定锥时,在流动方向上经历多次逆转,造成更大的压降。间距参数的增大与压降负相关。单液相工况下,随着转速的增加,麦汁获得的能量转化为动能,径向速度不断提高;随着径向距离的增加,麦汁的速度也不断增加。但在低转速时(如200 r/min和400 r/min)在转轴附近出现波动现象。气液两相工况下,选择80 L/h为进液量,随着气相流量和转速的提高,压降不断增加,通过将压降突变点与溢流极限相对应,指导实际生产。
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