Метою дисертаційної роботи є розроблення та удосконалення конструкцій сушильних дискових розпилювальних комплексів шляхом теоретичного та експериментального дослідження параметрів роботи заданого технологічного регламенту, сформованого на результатах моделювання потоків CFD (моделювання обчислювальної гідродинаміки).
У першому розділі дисертації розглянуто класифікацію основних методів та процесів сушіння молочної сироватки. Сироватка є важливим побічним продуктом під час виробництва молочних продуктів, і її обробка та використання мають велике значення для ефективності виробництва і уникнення втрат. Одним із основних технічних обмежень та недоліків, які супроводжують розпилювальні сушильні комплекси, є обмежена інформація щодо аеродинамічних потоків, що виникають усередині камери цих комплексів. Обмеженість технічних даних, щодо аеродинамічних потоків ускладнює процеси оптимізації параметрів сушильних комплексів, що може призвести до неоптимального використання енергії, зниження продуктивності і якості продукту. Тому, з метою забезпечення ефективної роботи, актуальною задачею є удосконалення конструкційних та експлуатаційних параметрів роботи сушильних дискових розпилювальних комплексів. У другому розділі дисертації представлена детальна методологія проведення досліджень з вивчення гідродинаміки сушарок з відцентрово-дисковим розпиленням. Гідродинаміка сушарок з відцентрово-дисковим розпиленням - містить аналіз гідродинаміки внутрішніх камер сушильних установок з урахуванням специфіки відцентрово-дискового розпилення. Моделі турбулентності для розрахунку розпилювальних комплексів - містять дослідження моделі турбулентності, що застосовувалися для оцінки процесу розпилення в сушильних комплексах. Методика дослідження температурних полів в активній зоні розпилювальної камери сформована на базових методах та інструментах, що застосовані для вимірювання температурних параметрів в активній зоні сушильного процесу.
У третьому розділі дисертації висвітлені деталі проведених досліджень з метою оптимізації процесу сушіння молочних продуктів в розпилювальній сушарці. За результатами експериментів, було встановлено, що оптимальна швидкість потоку теплоносія вздовж внутрішньої поверхні стінок корпусу розпилювальної сушарки знаходиться в діапазоні від 20 до 25 метрів на секунду. Дослідження також виявило, що температурні зміни у внутрішньому просторі сушильного комплексу мають значний вплив на рух частинок продукту та теплоносія. Це наголошує на важливості точного регулювання параметрів тиску і температурних полів у сушильному комплексі для оптимального контролю над процесом сушіння. Четвертий розділ дисертаційної роботи присвячений запропоновано звузити переріз повітронаправляючого пристрою, що сприятиме збільшенню швидкості теплоносія та покращенню ефективності сушіння частинок молочного продукту. Звужена частина пристрою подачі теплоносія дискової розпилювальної сушарки виявила додатковий позитивний вплив на швидкість потоку теплоносія. Чисельне моделювання показало, що оптимальною швидкістю подачі теплоносія є значення 50 м/с. Також важливим результатом було виявлення зміни тиску в різних частинах сушарки. На основі досліджень з'ясовано залежність між швидкістю подачі теплоносія та кутом розпилу факела. Встановлено, що найвищі значення швидкості потоку визначаються під розпилювальним диском, де швидкість потоку досягає показників до 40 м/сек. Експериментально визначено, що при куті регулювання жалюзійного розподілення 45 градусів спостерігається підвищення кута розпилення факела. У п’ятому розділі дисертаційної роботи було проведено чисельні дослідження з використанням пакету CFD FLUENT для аналізу процесу розпилювального сушіння. Для моделювання процесу розпилювального сушіння була обрана програма CFD FLUENT, яка є потужним інструментом для чисельного аналізу процесів обміну маси та тепла в складних системах. Для перевірки точності чисельних результатів були виміряні температури в різних точках всередині башні розпилювальної сушарки. Було досягнуто добру узгодженість між експериментальними та чисельними даними з максимальною відносною похибкою 4,6%. Встановлено, що під час первинних експериментів у "спокійних" умовах, коли швидкість подачі теплоносія не перевищує 10 м/с і протікає конвективний потік повітря на вході, ефективно використовується перехідна модель CFD k-omega (2 eqn). Аналіз температурних та вологісних режимів: При значенні швидкості подачі продукту 120 м/с спостерігаються найвищі температурні значення біля стінки в групі А на висоті 3200 мм від башні. Встановлено, що здійснені дослідження, пов'язані зі зміною параметра подачі вхідного теплоносія в сушильний комплекс за умови температури 180°C та прогнозованої залишкової вологості висушеного продукту на рівні 0,41%. Заключення та перспективи: Розроблений метод моделювання може бути корисним для подальшого розвитку та вдосконалення індустріальних розпилювальних сушарок, забезпечуючи більш точну та ефективну роботу цих пристроїв.
