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《广西科技大学》 2014年
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果汁预混合器的数值模拟及初步应用研究

胡立平  
【摘要】:果汁预混合器是使物料之间产生相对运动、改变物料相对位置,并且不断克服由于物料差异产生物料分层的现象,以达到各组分均匀分布的混合装置。果汁预混合器是利用流体流过一个限流区域(如几何孔板、文丘里管等)时形成的撞击流和水力空化效应,来达到物料充分混合的混合器。本文先通过计算机数值模拟再结合实验研究的方法对果汁预混合器的混合效果进行了研究分析。以果汁预混合器为研究对象:第一步,利用FLUENT软件模拟果汁预混合器混合效果,并探讨了影响果汁预混合器混合效果的影响因素;第二步,实验方法主要是通过淀粉溶液和蒸馏水混合试验,进一步验证果汁预混合器的混合效果,并对数值模拟的果汁预混合器混合效果进行验证;第三步,利用果汁预混合器对碳酸钠溶液和蒸馏水进行混合试验,分析了影响果汁预混合器混合效果的因素;第四步,通过果汁预混合器对百香果果汁和羧甲基纤维素钠溶液进行混合试验,分析探讨了影响果汁预混合器混合效果的因素,并设计正交试验得出混合的最佳工艺条件。实验的主要内容和结论如下: 1.果汁预混合器的数值模拟研究 以淀粉溶液和蒸馏水为介质,混合后淀粉溶液的体积分数为检测对象,通过数值模拟对果汁预混合器的混合效果进行了混合模拟。结果表明,采用Mixture多相流混合模型和标准k-ε模型(Standard)湍流模型模拟果汁预混合器的混合效果比较好,对于果汁预混合器,其喉管部结构扩张收缩显著,喉管部的长度越短以及喉管部直径越小,得到的果汁混合就越好;果汁预混合器喉管部入口锥角和出口锥角越大,越有利于果汁混合器混合;果汁预混合器入口端压力越大,出口端压力越小,有利于果汁预混合器的混合;淀粉溶液浓度越小,果汁预混合器的混合效果就会越好。 2.利用果汁预混合器混合淀粉溶液和蒸馏水实验验证数值模拟软件模拟混合效果 通过利用果汁预混合器混合淀粉溶液和蒸馏水的试验得到,果汁预混合器入口端压力越大,越有利于得到比较好的混合效果;淀粉溶液浓度越小,越有利于混合;果汁预混合器循环混合的时间越长,越有利于混合;混合前提高溶液温度,有利于果汁预混合器的混合。 3.利用果汁预混合器混合碳酸钠溶液和蒸馏水的初步应用研究 通过果汁预混合器混合碳酸钠溶液和水的初步应用研究得到,果汁预混合器入口端压力、碳酸钠溶液浓度及混合前溶液的温度对预混合碳酸钠溶液和水的效果没有什么影响;果汁预混合器循环混合时间对混合效果的影响也比较小。4.利用果汁预混合器混合百香果果汁和羧甲基纤维素钠溶液的初步应用研究 通过利用果汁预混合器预混合百香果果汁和羧甲基纤维素钠溶液的实验,研究其混合的最佳工艺条件。第一步分别对果汁预混合器入口端压力、循环混合时间、百香果果汁的浓度、混合前溶液的温度这四个方面的单因素进行分析。第二步再从中得到比较适合的因素水平进行四因素三水平的正交实验。第三步从正交实验的结果中分析得到,利用果汁预混合器预混合百香果果汁和羧甲基纤维素钠溶液的最佳混合工艺条件,是百香果果汁浓度为24%(v/v),果汁预混合器入口端的压力为0.3MPa,混合前溶液的温度为40℃,循环混合时间为9min。
【学位授予单位】:广西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TS255.44

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