喷雾冷冻干燥(SFD)过程中存在雾化液滴在设备壁面的冷冻沉积问题,不仅造成产品收集率的下降,且会对产品造成二次污染,影响设备的传热传质速率,而对单液滴撞击冷板面的研究有助于解决这一问题。本文在前期单液滴撞击冷板面的实验基础上,以单个蒸馏水及普鲁兰多糖液滴为研究对象,使用数值模拟的方法研究了直径为3.2 mm的单液滴与冷板面(小于0℃)撞击铺展和固化过程,分析了撞击高度(H=100mm、250 mm、500 mm)和板面温度(T=253 K和268 K)以及板面倾角(α=0。、30。、45。和60。)对撞击过程的影响以及液滴在冷板面上冻结过程。对液滴在冷板面上的铺展和冻结过程进行了理论分析,建立了描述液滴铺展过程及在冷板面上固化的数学模型,建立了液滴铺展的二维与三维物理模型,将水平集方法和固化模型相结合,使用基于温度的热传导方程代替原有的焓值方程,并且在热容源项中加入熔化潜热,利用COMSOL Multiphysics 4.2(?)软件,耦合“两相流水平集”与“流体传热”两个物理场,求解了存在相变的传热问题。结果表明,撞击高度与板面温度对液滴在水平冷板面的铺展过程起到重要作用,撞击倾斜板面时,板面的倾角也会影响液滴在冷板面上冷冻沉积的发生,随着撞击速度和倾斜角度的增加,板面温度对液滴撞击动力学行为的影响逐渐变小,减小了液滴沉积的可能。物料的性质,如黏度等也会对液滴的冷冻沉积发生重大影响,对于较高黏度物料,温度并不起决定作用,黏度会影响液滴的铺展速率及铺展直径,且影响趋势较为明显。本文采用的模拟模型和实验的结果吻合较好,反映了液滴铺展冻结过程中的温度变化与固化情况,有利于对液滴发生冻结的状况进行直观解释。