離心技術(shù)在樣品分離、分析中發(fā)揮著重要的作用。它是在離心力的作用下，利用被離心樣品物質(zhì)的沉降系數(shù)、浮力、密度的差別進(jìn)行分離、濃縮、提取制備樣品以及分析測定生物大分子量和純度”。

近年來國內(nèi)外對(duì)于醫(yī)用冷凍實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)的研究主要集中在變頻調(diào)速、多功能、自動(dòng)化和微機(jī)控制、機(jī)械安全設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。隨著自動(dòng)化及機(jī)械到離心腔內(nèi)不同位置上的具體參數(shù)分布，通過對(duì)離心腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)流場的氣流組織、腔體壁面?zhèn)瓤諝饬魉俚冗M(jìn)行全面的綜合分析，從而獲得蒸發(fā)器與離心機(jī)腔體空氣之間的傳熱模型，并對(duì)離心腔內(nèi)速度場進(jìn)行計(jì)算，以此設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)，并對(duì)離心腔溫度場均勻性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)匹配合理。

1 離心機(jī)腔體內(nèi)速度場數(shù)值計(jì)算制造水平的不斷提高，無論在規(guī)模和技術(shù)上都達(dá)到1.1 離心機(jī)腔體內(nèi)空氣流動(dòng)基本特征了較高的水平，我國對(duì)于實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究也取得了國際先進(jìn)水平的成果。如圖1所示，離心腔是由離心轉(zhuǎn)子與外側(cè)圓筒目前國內(nèi)外對(duì)醫(yī)用冷凍實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)腔體內(nèi)壁之間的區(qū)域構(gòu)成。其中環(huán)形陰影部分為圓臺(tái)狀離速度場的研究比較少，尤其是對(duì)于離心機(jī)腔體內(nèi)溫心轉(zhuǎn)子側(cè)表面在水平面上的投影，箭頭所指方向?yàn)槎葓鲆约皹颖驹噭┰陔x心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的溫度變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中因空氣摩擦帶動(dòng)化問題的研究較少，因此造成對(duì)離心腔以及樣本試周圍空氣在離心腔內(nèi)隨轉(zhuǎn)子向同一方向運(yùn)動(dòng)，形成劑的溫度控制水平與控制精度普遍較低，影響了樣旋轉(zhuǎn)流場。當(dāng)轉(zhuǎn)子以設(shè)計(jì)最大轉(zhuǎn)速13000r/min運(yùn)轉(zhuǎn)本試劑的分離效果。這里采用CFD模擬方法可以得時(shí)，根據(jù)圓臺(tái)狀轉(zhuǎn)子底面最大直徑280mm可求得

1.2 離心機(jī)腔體內(nèi)速度場邊界條件
FLUENT中提供了多種邊界條件，如進(jìn)口邊界條件、出口邊界條件、壁面邊界條件等。醫(yī)用冷凍實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)腔體為封閉狀態(tài)，因此只對(duì)壁面邊界條件進(jìn)行了設(shè)置。壁面邊界條件中規(guī)定壁面的滑移特性、粗糙度、移動(dòng)或靜止等。
1)壁面的滑移特性由流體的流動(dòng)性質(zhì)決定。在一般情況下，在粘性流動(dòng)中壁面處默認(rèn)為無滑移邊界條件，即流體的速度等于壁面的速度。離心腔內(nèi)的空氣為粘性流體，因此在壁面處取無滑移邊界條件4。
2)定義離心機(jī)轉(zhuǎn)子為旋轉(zhuǎn)體，隨旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系等速旋轉(zhuǎn)并給定旋轉(zhuǎn)方向。這里定義的轉(zhuǎn)速為:2000r/min，10000r/min，13000r/min;定義其余腔體壁面及端蓋為靜止壁面，速度為0。
3)給定湍流計(jì)算中的壁面粗糙度，包括粗糙度的高度值和粗糙度常數(shù)。醫(yī)用冷凍實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)腔體壁面采用光滑不銹鋼材料，因此采用符合光滑壁面的默認(rèn)粗糙高度值0。粗糙度常數(shù)采用適用于同一沙粒粗糙度的默認(rèn)粗糙度常數(shù)0.5。

1.3 離心機(jī)腔體內(nèi)速度場計(jì)算結(jié)果對(duì)三個(gè)工況進(jìn)行了腔體內(nèi)速度場的數(shù)值模擬計(jì)算:2000r/min，10000r/min以及13000r/min。對(duì)于流動(dòng)方程的收斂準(zhǔn)則取10“的殘差收斂精度，計(jì)算收斂后分別對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了分析。所研究的醫(yī)用冷凍實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)設(shè)計(jì)最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速13000rmin，對(duì)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配應(yīng)以該最大轉(zhuǎn)速為設(shè)計(jì)工況。因此，對(duì)該轉(zhuǎn)速下腔體內(nèi)速度場的模擬計(jì)算顯得尤為重要。轉(zhuǎn)子速度13000r/min時(shí)腔體內(nèi)速度場計(jì)算結(jié)果如圖2、3所示。

當(dāng)轉(zhuǎn)速為13000r/min時(shí)，轉(zhuǎn)子外表面附近最高空氣速度47m/s，衰減后的離心腔主體空氣平均速度為26.2ms左右。
腔體內(nèi)各點(diǎn)的速度計(jì)算值如表1所示。表中x為計(jì)算點(diǎn)距腔體側(cè)壁面距離，y為計(jì)算點(diǎn)距腔體底部高度。

通過對(duì)醫(yī)用冷凍實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)內(nèi)部速度場初步的數(shù)值模擬計(jì)算，得到了離心機(jī)腔體內(nèi)速度場的具體分布情況?？傮w來看腔體內(nèi)速度場分布較為均勻，在高轉(zhuǎn)速下腔體內(nèi)部速度較大，能有效增強(qiáng)腔體內(nèi)空氣與蒸發(fā)器之間的換熱，提高制冷系統(tǒng)的性能。同時(shí)數(shù)值模擬結(jié)果為分析蒸發(fā)器的傳熱特性，合理匹配制冷系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。

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