随着计算流体动力学(CFD)工具的发展,人们将牛奶结垢的数值理论与CFD模型相结合对牛奶结垢过程进行研究。开发的二维或三维模型能帮助我们理解实验观察到的现象,并且展示出了过程分析和优化的潜力。然而,由于缺乏对污垢层结构及其演变的考虑,这些模型预测的结果可能存在一些问题。值得注意的是,在我们课题组之前对结晶型结垢的研究中已经证实了污垢层结构及其演变的重要性。在本工作中,为了实现对牛奶结垢过程更加真实的预测,我们开发了一个简化的微尺寸二维换热器模型来模拟牛奶结垢。这是一个多区域、多物理场耦合模型。模型的一个独特特点是明显地考虑了污垢层结构的动态变化,同时引起牛奶结垢的β-乳球蛋白(β-Lg)的体相反应和表面反应动力学与动量、质量和热量传递相耦合。模拟过程中,沉积物结构的演变通过污垢层区域几何的连续变化实现。这样,我们可以定量分析污垢层结构、污垢形成动力学、换热器的流体力学和传热性能之间的复杂相互作用。模拟结果表明污垢层结构确实对牛奶结垢过程具有重要影响。并且,此模型与传统未考虑垢层结构模型预测结果之间的显著差异进一步证明了这一影响。这表明促进集成污垢层结构演变的牛奶结垢模型发展十分必要。