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1. 研究目的与意义

在化工、医药和食品工程中，常涉及产品的浓缩，其中很多产品的耐热性差、粘度高、易结晶、结垢，给浓缩作业带来困难。这种情况下，如采用传统循环型蒸发器，由于物料在蒸发器中长时间受热，产品易结垢、结晶或分解，影响传热效果和产品的品质，而采用刮板式薄膜蒸发器，则能较好的解决上述问题。立式降膜刮板式薄膜蒸发器是一种通过旋转刮板强制成膜，在真空条件下进行降膜蒸发的高效新型蒸发器。特别适用于蒸发浓缩粘度高、热敏性差和易结晶的物料，目前已广泛应用于化工、医疗、食品和轻工等行业。

虽然薄膜蒸发器已经广泛使用，但对于液膜内的速度分布、温度分布、浓度分布及传热传质机理的描述却并不是很全面，给蒸发器的设计计算带来一定的困难。因此，对蒸发器内流体流动的数值模拟研究是刻不容缓的。通过CFD分析软件Fluent进行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。

2. 国内外研究现状分析

刮板式薄膜蒸发器，也称旋转薄膜蒸发器或搅拌薄膜蒸发器，与其他蒸发器相比，其是通过机械作用形成液膜，作为一种新型高效蒸发器，它的传热系数高、蒸发强度大、可实现真空操作，适合于高浓度、热敏性物料的浓缩，如果汁、咖啡、牛奶等，更适合于高粘度或带有悬浮颗粒的非牛顿型流体的蒸发浓缩，如番茄酱、果胶等。自20世纪40年代蒸发器问世以来，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，近60年来得到了很大发展，但国内外直接进行蒸发实验的研究不多，对于如何通过cfd分析软件fluent正确获得液膜流体的速度、温度及浓度分布，研究其传热性能仍是值得研究的课题。

在国际上，对薄膜蒸发器的研究一直是一个很活跃的课题。自1940年瑞士苏黎士的hans mueller制造的第一台薄膜蒸发器样机后，这种高效的节能蒸发器在多种行业中得到迅速的推广和发展。随后，mutzenbug等人阐述了薄膜蒸发器内由于刮板的搅动作用产生了3个不同区域：涡流的圈形波、高湍度挤压区和薄膜区，为模型的建立提供理论基础；还有kern和lustenader等人在实验的基础上，认为刮板末端与筒壁之间有一最小间隙，而且能形成同样厚度的液膜，通过此液膜进行传热，但他们并没有能具体确定液膜的厚度。继而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。

为优化蒸发器的设计，很多学者对其进行了进一步的理论计算、实验和计算机模拟研究，分析其传。基于理论计算，parker得出刮板式薄膜蒸发器（简称薄膜蒸发器）的总传热系数的变化范围11341985 w*m²*c^-1，他还解释了针对特定物料的停留时间的控制因素，如长径比、转子转速、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。基于实验分析，bott and sheikh在研究纯沸水和沸水溶液时，专门设计了一个垂直式刮板薄膜蒸发器的实验模型，发现液膜表面传热系数h _s随转子转速n增加而增加：h _s=n^0.37。而利用计算流体力学cfd软件fluid进行流体流场数值模拟的研究，在很大程度上一直保持着空白，komori等人采用有限差分法对薄膜蒸发器内高粘度流体流动进行了数值模拟，得到了高粘度流体各种速度的分布，计算发现蒸发器内涡旋流动的液体占总流量70﹪以上，刮板能促进液膜和涡旋的物质交换，但并未进一步分析料液特性及工艺参数对流场的具体影响。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容: 基于fluid的薄膜蒸发器传热性能分析

时间安排：

1~3周：调研、查阅文献、翻译外文资料、完成开题报告；

4. 研究创新点

无