1. 研究目的与意义

薄膜蒸发器（TFE）是利用旋转的刮板将料液分散成均匀的薄膜，以进行物料浓缩的一种新型高效蒸发设备。它是在常规蒸发器的基础上发展起来的，具有普通蒸发器无法比拟的突出优点，如传热系数高、蒸发强度大、可实现真空操作，特别适用于高浓度、热敏性物料的浓缩，粘性物料、有生垢发泡趋势物料的蒸发分离等。现已广泛应用于化工、轻工、制药、环保、食品等行业，为工业生产带来了巨大的经济效益。由于诸多因素的影响，其内在的传热蒸发过程十分复杂，至今未有文献报道解释其机理。

目前，对流体的研究有三种方法：实验研究、解析法和数值模拟，前两种方法只能得到估算值，且只适用于与研究对象结构尺寸相似的设备，准确性和适用性欠缺。随着计算流体力学、数值传热学和计算机技术的发展，数值模拟方法被越来越多地应用到研究工作中，可信度和研究效率均得到了提高。本课题将应用大型流体计算软件分析不同结构参数下薄膜蒸发器的传热性能，为薄膜蒸发器的设计和优化提供参考依据。

2. 国内外研究现状分析

刮板式薄膜蒸发器（以下简称薄膜蒸发器），又称搅拌式薄膜蒸发器、旋转薄膜蒸发器或刮面蒸发器，是一种真空条件下采用机械搅拌进行降膜蒸发的新型高效蒸发器。现已广泛应用于化工、轻工、制药、环保、食品等行业，为工业生产带来了巨大的经济效益。

自蒸发器问世以来，国内外对其流动机理、传热性能的优化设计及制造应用进行了大量研究^[4]。学者们对薄膜蒸发器的研究主要在理论研究、实验研究和数值模拟三个方面。在理论研究方面，主要是研究液膜的流动状态和液膜的流动机理；在实验研究方面，主要是对薄膜蒸发设备及系统性能进行优化，采用各种各样的节能工艺和流程；在数值模拟领域，如何正确获得液膜流体的速度、温度及浓度分布，以及结构参数对其传热性能的影响仍是值得研究的课题，通过计算流体力学cfd软件fluent对蒸发器内流体进行模拟，可以得到流体各种场的分布图，研究其传热性能，对蒸发器的设计研究具有重大意义。

1940年初，瑞士的 hans mueller 制作出第一台蒸发器样机，苏黎士的luwa a.g.公司获得了专利并将其商品化。自此之后，这种高效的节能蒸发器很快就在多种行业中得到迅速的推广和发展。mutzenbug等人阐述了薄膜蒸发器内由于刮板的搅动作用产生的三个不同区域：涡流的圈形波区、高湍度挤压区和薄膜区，为建立模型提供了理论基础。自50年代开始，很多学者对薄膜蒸发器的流动混合机理和传热传质过程等进行了研究，提出了一些关于流体的传热传质模型和经验关联式，并逐步完善了薄膜蒸发器的设计方法。j.t.frank研究了液膜厚度，并导出了湍流流动时的液膜计算公式，为薄膜蒸发器数值模拟的模型建立提供了理论支持。在理论计算方面，parker得出薄膜蒸发器的总传热系数的变化范围为1134~1985 wm²℃^-1，并针对特定物料的停留时间的控制因素进行了研究解释，如转子转速、长径比、进料量等均可以在某种程度上控制停留时间，从而影响其传热性能。但由于诸多因素的影响，薄膜蒸发器的蒸发过程非常复杂，至今未有文献能完全成功地解释其机理。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：全面熟悉和了解薄膜蒸发器的结构形式，应用场合，国内外研究进展等。应用计算流体力学软件对薄膜蒸发器内部流场进行模拟，并分析模拟结果，为设计薄膜蒸发器提供一定的参考。

时间安排：

4. 研究创新点

无