Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 2.

Харьков В. В. и др. Численное исследование процесса распылительной сушки молока рассматриваемая капля зафиксирована во взвешенном состоянии в потоке встречного греющего газа. Масса капли тк рассчитывается в зависимости от ее плотности и диаметра. Для решения уравнений сохранения массы и тепла внутри капли в процессе распылительной сушки используется явный метод конечных разностей. Для этого была разработана одномерная сферическая конечно-разностная расчетная схема, в которой полный объем капли разбивается на 50 оболочек одинаковой толщины. При изучении кинетики сушки капель обезжиренного молока предполагается, что летучим компонентом капель молока является вода. Физико-химические свойства порошка молока взяты из (Pugliese et al., 2017). В качестве греющего газа использовался воздух. Необходимые параметры моделирования перечислены в таблице. Таблица. Начальные данные Table. Initial data Содержание сухих веществ w св, % масс. Плотность жидкости р, кг/м3 Начальный диаметр капли Dx, мм Скорость греющего газа Fr, м/с Температура греющего газа T^ K 20 1 234 1,76 и 1,71 0,75 323 и 363 Коэффициент диффузии корки Дкор, м2/с Коэффициент теплопроводности корки &кор, Вт/м-К Коэффициент теплопроводности ядра kядро, Вт/м^К Температура капли Tx, K Концентрация насыщения (растворимость) S*, кг/кг 1,5 10-6 0,07 0,372 289 0,50 Результаты данного численного исследования процесса сушки капель обезжиренного молока по предлагаемой модели сушки сравниваются с данными из экспериментальной работы (Nesic et al., 1991). Средняя температура капли T (К) рассчитывалась интегрированием локальной температуры капли ДК) в радиальном направлении капли r по следующему выражению: — 3 r T =— [ r Т (r )dr. r J ' Л (1) Температура на поверхности капли Гпов(К) была рассчитана с помощью уравнений 2 и 3 в зависимости от периода сушки: • для периода постоянной скорости сушки сТ dt ' І / r * СТ Cr I Cr CT при - к ! > = h (Тпов- T” ) *r = R ; • для периода падающей скорости сушки d T dt mC,, 2 пЯк NuXr (Tm- Тпов) dm NuX 5 dt 1 +- 2k R* - 5 (2) (3) где t - время сушки, с; a - температуропроводность капли, м2/с; h - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 К; CV - теплоемкость жидкости, Дж/кг К; Nu - число Нуссельта; ХГ - коэффициент теплопроводности газа, Вт/м-К; Tm - температура на отдалении от поверхности капли, К; Лкр- критический радиус (радиус после усадки), м; 5 - толщина корки, м; L - скрытая теплота парообразования, Дж/кг. Коэффициент диффузии для капли обезжиренного молока был рассчитан с помощью следующего уравнения (Wijlhuizen et al., 1979): ( D = exp 38912+32339w„ 1+1584we где wE- влагосодержание капли, кг воды/кг сухих веществ. (4) Результаты и обсуждение На рис. 1-2 показаны результаты численного расчета сушки одиночных капель обезжиренного молока при температуре греющего газа 323 К. В общем случае, временной процесс сушки складывается из двух последовательных периодов - период с постоянной скоростью сушки сменяется периодом падающей скорости сушки. Стоит отметить, что кривые сушки капли для этих периодов различны. Начало периода падающей скорости сушки наблюдается при t = 125 с, когда возникают новые сопротивления явлениям переноса из-за образования сухой корки, которые приводят к замедлению процесса сушки. Причем это падение скорости сушки прямо пропорционально наклону кривой потери массы капли (рис. 1). Возможно, r 1 266