Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 2.

Вестник МГТУ. 2025. Т. 28, № 2. С. 263-272. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2025-28-2-263-272 на поверхности капли выравниваются. Это связано с тем, что диаметр (и объем) влажного ядра, имеющего более низкую температуру, чем сухая корка, уменьшается. Соответственно, снижается вклад температуры влажного ядра при расчете осредненной температуры частицы. Анализ полученных зависимостей, представленных на рис. 1-4, позволяет сделать вывод, что имеется удовлетворительное согласование между результатами численного расчета по реализованной модели сушки и экспериментальными данными (Nesic et al., 1991) при различных условиях распылительной сушки капель обезжиренного молока. В частности, относительная ошибка между экспериментальными и расчетными значениями массы капли при температурах греющего газа 323 и 363 К в процессе сушки составляет в среднем 10,7 %, а средняя абсолютная погрешность для осредненной температуры капли - не более 5 K. Далее на основе валидной математической модели проведены численные расчеты распределений температуры и влагосодержания внутри одиночной капли/частицы во время распылительной сушки. Согласно рис. 4 в период постоянной скорости сушки температура внутри одиночной капли изменяется незначительно. На рис. 5, а показаны температурные профили внутри одиночной капли обезжиренного молока с начальным диаметром 1,71 мм для различных моментов времени от 72,5 до 199,3 с, соответствующих периоду падающей скорости сушки при температуре воздуха 363 K. Отмечается, что увеличение толщины сухой пористой корки приводит к повышению сопротивления теплопередачи, так как увеличивается разница между температурой на поверхности капли и температурой влажного ядра. Для всех случаев вначале наблюдается линейная зависимость температуры капли от радиуса r , затем она становится выпуклой. Это может быть связано с тепловым эффектом паров, диффундирующих через поры корки, так как согласно рис. 5, б влагосодержание частицы в начале падающего периода сушки еще небольшое. Зависимости на рис. 5, б показывают, что в процессе падающей скорости сушки значение граничной концентрации влаги (максимальной концентрации для каждой кривой) увеличивается, так как она рассчитывается на основе температуры на границе влажное ядро - корка, которая постепенно растет из-за влияния теплопроводности. (ч (US* а §ооо LйЧ PQ Радиальное положение, r/R^ Радиальное положение, r/R^ б Рис. 5. Профили температуры (а) и влаги (б) внутри капли (T = 363 K, D^ = 1,71 мм) в зависимости от времени t, с: 1 - 72,5; 2 - 79,8; 3 - 99,7; 4 - 152,1; 5 - 199,3 Fig. 5. Temperature (a) and moisture (б) profiles inside a droplet (Tgas = 363 K, Dd= 1.71 mm) depending on time t, s: 1 - 72.5; 2 - 79.8; 3 - 99.7; 4 - 152.1; 5 - 199.3 а Заключение На основании выполненной работы можно сделать следующие выводы: • результаты численного моделирования процесса распылительной сушки капель обезжиренного молока на основе механистической модели усадки ядра при различных режимных параметрах удовлетворительно сходятся с экспериментальными данными (относительная погрешность для массы капли составляет в среднем 10,7 %, а абсолютная погрешность для осредненной температуры капли - не более 5 K); • данная модель кинетики сушки позволяет оценивать изменение температуры и влагосодержания частицы во время сушки в дисперсном виде, что обычно пренебрегается в других подходах; • валидная модель кинетики сушки может быть использована для моделирования процесса распылительной сушки капель разного диаметра различных суспензий и растворов в периоды постоянной и падающей скорости сушки. 269