Het model werd gebaseerd op een commercieel computational fluid dynamics pakket (CFX-F3D). De modelberekeningen en validaties werden uitgevoerd voor een pilot-plant meestroom sproeidroger (diameter 2.2 m; hoogte 3.7 m; 5° swirl).
De belangrijkste onderdelen van het model werden in detail bestudeerd: het lucht-stromingspatroon, het temperatuurs- en het luchtvochtigheidspatroon werden zowel gemodelleerd als gemeten. De deeltjesbanen werden bestudeerd door de verblijftijdspreiding van het product te meten en te modelleren. De luchttempera-tuurs- en vochtigheidsgeschiedenissen die met het model werden uitgerekend, werden gebruikt voor de berekening van een productkwaliteitsparameter, te weten de thermische degradatie van een enzym. De berekende degradaties werden vergele-ken met metingen.
Om problemen ten gevolge van een ongelijke instroom van lucht uit de inlaat te voorkomen, werd voor de meting en CFD-modellering van het luchtstromings-patroon de swirl-angle op nul gesteld. Het gemodelleerde luchtstromingspatroon bestond uit een snel-stromende kern met een langzame circulatie daar omheen. Dit kwam nauw overeen met waarnemingen in de sproeidroger. De luchtinlaatcon-dities voor de modellering werden gemeten met een hotwire-anemometer. Hier-mee werden ook metingen ín de sproeidroger uitgevoerd. De voorspellingen die met het CFD model gedaan werden, kwamen goed overeen met de metingen.
Twee verschillende voedingen werden gebruikt bij de bestudering van het lucht-temperatuurs en -vochtigheidspatroon: een voeding van puur water en één van een waterige maltodextrine oplossing. De luchttemperatuurs en -vochtigheidspatronen werden gemodelleerd door deeltjesbanen uit te rekenen, en langs deze banen de uitwisseling van massa, energie en impuls te berekenen. Deze uitwisselingstermen werden in de berekening van het luchtstromingspatroon gebruikt om op die manier een gekoppelde oplossing van het luchtstromings-, temperatuurs- en voch-tigheidspatroon te verkrijgen. Om de uitwisseling van massa en energie uit te rekenen, moest de droogkinetiek van maltodextrine aan het CFD-pakket worden toegevoegd. Omdat het oplossen van de diffusievergelijking te veel rekentijd kost, werd een zogenaamde kortsluitvergelijking gebruikt, wat resulteerde in een snelle en efficiënte rekenmethode. Om de voorspellingen met het model te valideren, werden metin-gen in de sproeidroger uitgevoerd. Hiervoor was het nodig om speciale apparatuur te ontwikkelen om te voorkomen dat vochtige deeltjes op de tempera-tuur- en vochtprobe zouden neerslaan. Op veel plaatsen in de toren was er een goede overeenkomst tussen modelvoorspellingen en metingen, maar in de buurt van de as van de toren liet de overeenkomst te wensen over.
De verblijftijdspreiding van het product werd gemodelleerd door een groot aantal deeltjesbanen uit te rekenen met turbulente dispersie, en voor elk deeltje de tijd dat het zich in de lucht bevond, te registreren. De verblijftijdspreiding werd geme-ten met behulp van een tracer. Er was een groot verschil tussen modellering en metingen. Dit werd veroorzaakt door het feit dat veel deeltjes op wand terecht kwamen, en langzaam langs de wand naar beneden gleden. Dit naar-beneden-glijden kon niet worden voorspeld; het werd in het CFD model beschreven met constante snelheden langs de wand, waarbij de snelheden werden berekend aan de hand van de metingen.
Door de luchttemperatuurs- en vochtigheidspatronen te combineren met de deel-tjesbanen, konden de luchttemperatuurs- en vochtigheidsgeschiedenissen van de deeltjes worden uitgerekend. Deze werden gebruikt voor het berekenen van de thermische degradatie van het enzym a-amylase. Hiertoe werden de luchttem-peratuurs- en vochtigheidsgeschiedenissen gebruikt als tijdsafhankelijke rand-voorwaarden in de numerieke benadering van de gekoppelde diffusie- en degra-datie-differentiaalvergelijkingen. De berekeningen werden uitgevoerd voor vier verschillende luchtuitlaattemperaturen. Deze berekeningen werden verge-leken met metingen en met de resultaten van andere modelberekeningen. Er bleek weinig verschil te zijn tussen de resultaten van de verschillende modellen. Verder was er een goede overeenkomst tussen de modelberekeningen en metingen mits het transport van deeltjes langs de wand in de berekeningen werd meegenomen.
Tot slot worden in deze dissertatie de sterke en zwakke punten van de CFD-aanpak besproken. De CFD-aanpak blijkt niet bij uitstek geschikt voor kwantita-tieve berekeningen van de productkwaliteit. Dit komt doordat het met voldoende nauwkeurigheid meten van de kinetische parameters van een te sproeidrogen stof, een uiterst moeilijke aangelegenheid is. De voordelen van CFD liggen meer in het doen van what-if studies en in het verkrijgen van inzicht in wat er in een sproei-droger gebeurt. Als een voorbeeld van een what-if studie wordt besproken wat er gebeurt met het luchtstromingspatroon en de productverblijftijd-spreiding als de swirl-angle wordt verhoogd van 5 naar 15°.