陳瑋+蘆宏斌+程鵬

[摘 要] 目的：探究仿真技術(shù)在真空冷凍干燥機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用。以先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，支持產(chǎn)品開發(fā)和基礎(chǔ)試驗(yàn)，充實(shí)科學(xué)試驗(yàn)和測(cè)試手段。方法：針對(duì)主要部件冷凍干燥箱和擱板進(jìn)行CAD建模。借助CAE技術(shù)對(duì)冷凍干燥箱進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)變形和應(yīng)力分布情況，為其形狀和尺寸優(yōu)化目標(biāo)提供可靠依據(jù)。對(duì)冷凍干燥箱進(jìn)行模態(tài)分析，得到其固有頻率，為有效預(yù)估結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性提供依據(jù)。應(yīng)用FLUENT軟件，采用SIMPLE算法和標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，分析其內(nèi)部氣流流動(dòng)特性、出口速度分布，為進(jìn)氣口布局提供設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)擱板內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行流-固耦合分析，獲得擱板溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布圖，為進(jìn)一步優(yōu)化擱板結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。結(jié)果：對(duì)冷凍干燥箱內(nèi)氣流模型和擱板溫度流場(chǎng)模型建立和計(jì)算方法進(jìn)行嘗試，獲得了流場(chǎng)云圖和載荷數(shù)據(jù)等仿真結(jié)果，為其實(shí)際工程應(yīng)用提供參考依據(jù)，提升了產(chǎn)品開發(fā)效費(fèi)比。結(jié)論：仿真作為一種試驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于設(shè)計(jì)工作中提升產(chǎn)品性能、提高設(shè)計(jì)效率起到了積極推動(dòng)作用。

[關(guān)鍵詞] CAD/CAE；流-固耦合；靜力學(xué)分析；模態(tài)分析；仿真分析；凍干技術(shù)；FLUENT中圖分類號(hào)：TB79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2055-5200（2014）01-027-06

Doi：10.11876/mimt201401007

Application of Simulation Technology in the Design of Vacuum Freeze-drying Machine CHEN Wei， LU Hong-bin ，CHENG Peng

（Plant of Experimental Instrument，Academy of Military Medical Sciences ，PLA，Beijing 100850，China）

[Abstract] Objective：Research on application of simulation technique in the design of the vacuum freeze-drying machine. With the aid of the modern design method， the product development and the foundation experiment are supported， scientific experiments and test method were improved. Methods：According to design requirements of the freeze-drying machine，3D model of the vacuum freeze-drying case and the shelf were built.With CAE technology， the vacuum freeze-drying case were analysed，including statics analysis and modal analysis. Based on the result analysis which was achieved from the finite element model with considerations to constraint and boundary conditions， reliable basis datas for Structure optimization and dynamic characteristics were obtained. With FLUENT software， Using SIMPLE algorithms and standard κ-ε turbulence model analysed air flow field and outlet velocity distribution of the vacuum freeze-drying case in order to provide design datas of inlet channel. Fluid-solid coupling model of shelf temperature field was calculated， results were provided to further optimize the structure of shelf. Result：Flow field model and calculation method of the vacuum freeze-drying case and shelf were made the new attempt.The simulation results were obtained，which Provided the reference for engineering application and promoted effectiveness-cost ratio of development. Conclusion：Simulation as a scientific means of development is playing a positive role in promoting product performance and increasing design productivity.

1 引言

真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。冷凍干燥技術(shù)用途廣，生產(chǎn)廠家較多，美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)的凍干機(jī)已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，其擱板面積從不到一平方米直至大到幾十平方米， 形成十幾種規(guī)格。

我國(guó)冷凍干燥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多采用材料力學(xué)簡(jiǎn)化計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。這種設(shè)計(jì)方法具有一定可靠性，但存在諸多弊端：首先，采用這種方法設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，進(jìn)行計(jì)算后，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果人工布置筋板結(jié)構(gòu)，會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性不易保證；其次，結(jié)構(gòu)組件冗余，用材質(zhì)量大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在材料使用上偏于保守，比國(guó)外同種規(guī)格產(chǎn)品重量大，致使成本高、效益低，削弱了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中， 對(duì)如何將現(xiàn)代仿真技術(shù)應(yīng)用到真空冷凍干燥機(jī)設(shè)計(jì)中的文章不多見。 本文探討仿真技術(shù)在真空冷凍干燥機(jī)主要組成部分設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。設(shè)計(jì)產(chǎn)品零件幾何形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算難度大，設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，產(chǎn)品性能要求高時(shí)，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的高水平技術(shù)人員結(jié)合產(chǎn)品仿真分析才能完成[1]。

2 冷凍干燥機(jī)設(shè)計(jì)與分析的關(guān)鍵

目前制備型真空冷凍干燥機(jī)主要由冷凍干燥箱、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)幾大部分組成[2-3]。這幾大部分的搭配、取舍可構(gòu)成不同的設(shè)計(jì)方案。

冷凍干燥箱是一個(gè)能夠制冷到-50℃左右，能夠加熱到+70℃左右的高低溫箱體，也是一個(gè)能夠抽成真空的密閉容器，它是凍干機(jī)的主要組成部件，其中的擱板是核心部件，它負(fù)責(zé)對(duì)制品的預(yù)冷、升溫、干燥。制品的品質(zhì)在很大程度與擱板的制冷溫度、加熱溫度、干燥時(shí)的真空度三個(gè)主要參數(shù)緊密相關(guān)[4]。以上三個(gè)參數(shù)中，后兩個(gè)參數(shù)比較容易控制，原因是擱板加熱溫度一般由電加熱裝置提供熱量，硅油作為傳熱介質(zhì)，電加熱裝置功率穩(wěn)定可控，所以容易實(shí)現(xiàn)熱量大小的改變，干燥時(shí)真空度的控制雖然較為復(fù)雜，但還是能做到較精確控制。比較難于理想控制的是第一個(gè)參數(shù)：制冷溫度，這一參數(shù)主要通過(guò)擱板最低溫度、擱板降溫速率、擱板控溫精度來(lái)綜合評(píng)價(jià)。

基于以上原因，嘗試對(duì)冷凍干燥箱和擱板設(shè)計(jì)。首先，在具體結(jié)構(gòu)上借助三維CAD技術(shù)，完成三維造型、虛擬組裝、工程圖生成等工作；其次，借助CAE技術(shù)對(duì)冷凍干燥箱進(jìn)行靜強(qiáng)度及模態(tài)分析計(jì)算，通過(guò)FLUENT分析顯示冷凍干燥箱氣體流場(chǎng)軌跡和擱板內(nèi)溫度場(chǎng)變化，發(fā)現(xiàn)存在問題，為設(shè)計(jì)提供參考，縮短研發(fā)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益[5]。

2.1 冷凍干燥箱靜力學(xué)分析

首先用Pro/ENGINEER做造型設(shè)計(jì)，然后利用其提供的數(shù)據(jù)接口把模型傳遞到ANSYS環(huán)境進(jìn)行有限元計(jì)算，從而得到冷凍干燥箱的機(jī)械性能。

[C]—阻尼矩陣；

[K]—?jiǎng)偠认禂?shù)矩陣；

{x}—位移矢量；

{F}—力矢量。

線性結(jié)構(gòu)靜力分析中，所有與時(shí)間相關(guān)的量都被忽略。于是，從（2-1）式中得到以下方程式：

[K]{x}={F} （2-2）

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)冷凍干燥箱結(jié)構(gòu)采取從局部到整體的造型方法建模，冷凍干燥箱是由若干零部件焊接裝配起來(lái)，用CAD軟件造型，可以從標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件開始將相關(guān)結(jié)構(gòu)體拼合即可得到整體結(jié)構(gòu)模型。

在進(jìn)行有限元分析時(shí)，各結(jié)構(gòu)件可按焊接成一個(gè)整體處理。設(shè)計(jì)初期采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和材料力學(xué)簡(jiǎn)化算法相結(jié)合的方式，得到設(shè)計(jì)參數(shù)的初始值，然后用Pro/ENGINEER進(jìn)行輔助實(shí)體造型即可得到冷凍干燥箱體模型，整體完成后的分析用三維模型如圖1所示。

通過(guò)仿真分析可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的一些不合理地方，如有些部位應(yīng)力水平頗高。盡管其中有未考慮焊縫而引起的應(yīng)力集中的因素存在，但即使去除該因素，應(yīng)力分布的不均性也不可避免地導(dǎo)致各部分疲勞壽命的差異以及材料使用不合理。為此，應(yīng)考慮調(diào)整筋板的布置方式，在應(yīng)力水平過(guò)高處適當(dāng)增加加強(qiáng)筋板；同時(shí)為降低振動(dòng)頻率可調(diào)整布局方式。

2.3 冷凍干燥箱及擱板CFD分析

計(jì)算流體力學(xué)CFD（Computational Fluid Dynamics）是多種領(lǐng)域的交叉學(xué)科，因具有成本低和能模擬較復(fù)雜或較理想的過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)而在最近20年中得到了飛速發(fā)展[9]，它所涉及的學(xué)科有流體力學(xué)、偏微分方程的數(shù)學(xué)理論、計(jì)算幾何、數(shù)值分析、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，而最終體現(xiàn)計(jì)算流體水平的是解決實(shí)際問題的能力[10]。隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為了流體力學(xué)研究的重要手段[11-13]。

冷凍干燥機(jī)加熱系統(tǒng)的關(guān)鍵在于如何節(jié)省能源，提高熱效率。由于在真空狀態(tài)下傳熱主要靠輻射和傳導(dǎo)， 傳熱效率低， 所以近來(lái)出現(xiàn)了調(diào)壓升華法。調(diào)節(jié)氣壓有多種方式， 英國(guó)愛德華公司采用充入干燥無(wú)菌氣體的方法， 既提高了冷凍干燥箱的壓強(qiáng)， 又不致增加冷凝器負(fù)荷， 是一種比較好的方法。

借助CFD仿真技術(shù)可以預(yù)測(cè)冷凍干燥箱內(nèi)不同配氣口充入干燥無(wú)菌氣體氣流分布詳細(xì)情況，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。首先，構(gòu)建凍干箱底部進(jìn)氣和側(cè)壁四點(diǎn)均布進(jìn)氣兩種氣流形式的三維分析模型，建立冷凍干燥箱內(nèi)部氣體流場(chǎng)分布計(jì)算模型，具體如圖8、9。

由于FLUENT軟件可以相對(duì)準(zhǔn)確地給出流體流動(dòng)的細(xì)節(jié)，如：速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)分布的時(shí)變特性，不僅可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)流體產(chǎn)品的整體性能，而且很容易從對(duì)流暢的分析中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)中的問題，據(jù)此提出的改進(jìn)方案，只需計(jì)算一次就可以判斷改進(jìn)是否有效果[14]，因此，利用FLUENT求解器對(duì)計(jì)算進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行求解。計(jì)算結(jié)果如圖12、13。圖12 底部進(jìn)氣流場(chǎng)云圖 圖13 側(cè)壁進(jìn)氣流場(chǎng)云圖

冷凍干燥箱結(jié)構(gòu)合理可確保凍干過(guò)程的順利完成，擱板設(shè)計(jì)能力的水平將直接決定整機(jī)性能，擱板上換熱流路布局合理，用材合理，熱慣性小，即能大幅度降低控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等功耗負(fù)荷和故障率，又能實(shí)現(xiàn)一個(gè)最優(yōu)的冷卻速率，獲得最高的細(xì)胞存活率、最好的產(chǎn)品物理形狀和溶解速度。

為了使本設(shè)計(jì)的擱板熱均勻性好，熱慣性小，在設(shè)計(jì)中采用CFD技術(shù)構(gòu)建熱傳導(dǎo)模型，在Pro/ ENGINEER中建立三維模型，建模如圖14。構(gòu)建流路有限元模型，如圖15。

3 結(jié)論

（1） 將CAD、CAE等先進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)手段應(yīng)用于真空冷凍干燥機(jī)研發(fā)，可以縮短設(shè)計(jì)周期、保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高整體設(shè)計(jì)水平，減少開發(fā)成本；

（2） CAE技術(shù)可以在設(shè)計(jì)之初發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，基于有限元的優(yōu)化分析能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)提供改進(jìn)的方向。通過(guò)數(shù)值仿真分析，得到應(yīng)力應(yīng)變分布情況，對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸予以調(diào)整，減小應(yīng)力應(yīng)變，以達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

（3） 本文研究流場(chǎng)中典型流動(dòng)的一般原理，基于ANSYS Fluent軟件的模擬計(jì)算能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)真空冷凍干燥機(jī)工作過(guò)程中氣體在冷凍干燥箱內(nèi)的流動(dòng)情況，為設(shè)計(jì)適宜的進(jìn)配氣結(jié)構(gòu)提供技術(shù)參考。

（4） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥箱內(nèi)氣流工況進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)側(cè)壁四點(diǎn)均布進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方案有利于凍干箱內(nèi)注入惰性氣體對(duì)加熱擱板的均勻包覆，實(shí)現(xiàn)無(wú)氧環(huán)境下的壓蓋封裝。其進(jìn)氣方式優(yōu)于底部單進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方式。所得結(jié)論為今后進(jìn)一步的深入研究真空冷凍干燥技術(shù)的機(jī)理以及設(shè)計(jì)新型進(jìn)配氣裝置具有重要指導(dǎo)意義。

（5） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥機(jī)加熱擱板溫度分布情況進(jìn)行了數(shù)值仿真，為擱板換熱流路設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，為動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體性能設(shè)計(jì)工作提供參考。

（6） CFD技術(shù)可以克服傳統(tǒng)方法中系統(tǒng)當(dāng)量模型的簡(jiǎn)化及模型中原始物理參數(shù)無(wú)法精確化的問題，并且可以得到較為直觀的結(jié)果，直接用來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中由單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撚?jì)算指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法。

（7）借助于CFD的仿真分析，能夠有效地分析流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律。使得設(shè)計(jì)工程師從復(fù)雜的理論計(jì)算中解放出來(lái)，將更多的精力放在優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

（8） 盡管CFD技術(shù)本身還存在著一定的局限性，比如對(duì)物理模型、經(jīng)驗(yàn)技巧有一定的依賴，然而，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD） 是一種以流體為研究對(duì)象的數(shù)值模擬技術(shù)，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)而言，它具有資金投入少、計(jì)算速度快、信息完備且不受模型尺寸限制等具有巨大優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域內(nèi)必然能發(fā)揮越來(lái)越多的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 汪沙娜，劉夫云，匡兵，等.基于CAD/CAE集成的零件變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2013，29（4）：64-67.

[2] 汪廷彩，蘇平，祝水蘭.真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用及展望[J].糧油加工與食品機(jī)械，2002，（12）：31-34.

[3] 徐成海，張世偉，關(guān)奎之. 真空干燥[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：11.

[4] 史偉勤，樓唯.真空冷凍干燥機(jī)制品擱板制冷的優(yōu)化[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2008，6（1）：45-48.

[5] 朱波，李保國(guó)，鄭效東，等.液氮輔助凍干機(jī)冷阱室內(nèi)溫度場(chǎng)模擬與分析[J].低溫工程，2011，179（1）：65-68.

[6] 趙騰倫.ABAQUS6.6在機(jī)械工程中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007：4.

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[14] 劉榮，陶樂仁.Fluent數(shù)值模擬在制冷與空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].低溫與超導(dǎo)，2010，38（10）：78-80.

[15] 王澤鵬，張秀輝等.ANSYS12.0熱力學(xué)有限元分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：6.

（3） 本文研究流場(chǎng)中典型流動(dòng)的一般原理，基于ANSYS Fluent軟件的模擬計(jì)算能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)真空冷凍干燥機(jī)工作過(guò)程中氣體在冷凍干燥箱內(nèi)的流動(dòng)情況，為設(shè)計(jì)適宜的進(jìn)配氣結(jié)構(gòu)提供技術(shù)參考。

（4） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥箱內(nèi)氣流工況進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)側(cè)壁四點(diǎn)均布進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方案有利于凍干箱內(nèi)注入惰性氣體對(duì)加熱擱板的均勻包覆，實(shí)現(xiàn)無(wú)氧環(huán)境下的壓蓋封裝。其進(jìn)氣方式優(yōu)于底部單進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方式。所得結(jié)論為今后進(jìn)一步的深入研究真空冷凍干燥技術(shù)的機(jī)理以及設(shè)計(jì)新型進(jìn)配氣裝置具有重要指導(dǎo)意義。

（5） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥機(jī)加熱擱板溫度分布情況進(jìn)行了數(shù)值仿真，為擱板換熱流路設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，為動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體性能設(shè)計(jì)工作提供參考。

（6） CFD技術(shù)可以克服傳統(tǒng)方法中系統(tǒng)當(dāng)量模型的簡(jiǎn)化及模型中原始物理參數(shù)無(wú)法精確化的問題，并且可以得到較為直觀的結(jié)果，直接用來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中由單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撚?jì)算指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法。

（7）借助于CFD的仿真分析，能夠有效地分析流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律。使得設(shè)計(jì)工程師從復(fù)雜的理論計(jì)算中解放出來(lái)，將更多的精力放在優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

（8） 盡管CFD技術(shù)本身還存在著一定的局限性，比如對(duì)物理模型、經(jīng)驗(yàn)技巧有一定的依賴，然而，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD） 是一種以流體為研究對(duì)象的數(shù)值模擬技術(shù)，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)而言，它具有資金投入少、計(jì)算速度快、信息完備且不受模型尺寸限制等具有巨大優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域內(nèi)必然能發(fā)揮越來(lái)越多的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 汪沙娜，劉夫云，匡兵，等.基于CAD/CAE集成的零件變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2013，29（4）：64-67.

[2] 汪廷彩，蘇平，祝水蘭.真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用及展望[J].糧油加工與食品機(jī)械，2002，（12）：31-34.

[3] 徐成海，張世偉，關(guān)奎之. 真空干燥[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：11.

[4] 史偉勤，樓唯.真空冷凍干燥機(jī)制品擱板制冷的優(yōu)化[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2008，6（1）：45-48.

[5] 朱波，李保國(guó)，鄭效東，等.液氮輔助凍干機(jī)冷阱室內(nèi)溫度場(chǎng)模擬與分析[J].低溫工程，2011，179（1）：65-68.

[6] 趙騰倫.ABAQUS6.6在機(jī)械工程中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007：4.

[7] 張朝暉.ANSYS8.0結(jié)構(gòu)分析及實(shí)例解析[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：3.

[8] 舒斯?jié)?風(fēng)扇葉片的模態(tài)分析[J].江西煤炭科技，2008，3：92-93.

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[12] JAWORSKI Z， MURASIEWICZ H. LES and URANS modeling of turbulent liquid-liquid flow in a static mixer： turbulent kinetic energy and turbulence dissipation rate[J]. Chem Pap， 2010，64（2）：182-192.

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[14] 劉榮，陶樂仁.Fluent數(shù)值模擬在制冷與空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].低溫與超導(dǎo)，2010，38（10）：78-80.

[15] 王澤鵬，張秀輝等.ANSYS12.0熱力學(xué)有限元分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：6.

（3） 本文研究流場(chǎng)中典型流動(dòng)的一般原理，基于ANSYS Fluent軟件的模擬計(jì)算能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)真空冷凍干燥機(jī)工作過(guò)程中氣體在冷凍干燥箱內(nèi)的流動(dòng)情況，為設(shè)計(jì)適宜的進(jìn)配氣結(jié)構(gòu)提供技術(shù)參考。

（4） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥箱內(nèi)氣流工況進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)側(cè)壁四點(diǎn)均布進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方案有利于凍干箱內(nèi)注入惰性氣體對(duì)加熱擱板的均勻包覆，實(shí)現(xiàn)無(wú)氧環(huán)境下的壓蓋封裝。其進(jìn)氣方式優(yōu)于底部單進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方式。所得結(jié)論為今后進(jìn)一步的深入研究真空冷凍干燥技術(shù)的機(jī)理以及設(shè)計(jì)新型進(jìn)配氣裝置具有重要指導(dǎo)意義。

（5） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥機(jī)加熱擱板溫度分布情況進(jìn)行了數(shù)值仿真，為擱板換熱流路設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，為動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體性能設(shè)計(jì)工作提供參考。

（6） CFD技術(shù)可以克服傳統(tǒng)方法中系統(tǒng)當(dāng)量模型的簡(jiǎn)化及模型中原始物理參數(shù)無(wú)法精確化的問題，并且可以得到較為直觀的結(jié)果，直接用來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中由單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撚?jì)算指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法。

（7）借助于CFD的仿真分析，能夠有效地分析流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律。使得設(shè)計(jì)工程師從復(fù)雜的理論計(jì)算中解放出來(lái)，將更多的精力放在優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

（8） 盡管CFD技術(shù)本身還存在著一定的局限性，比如對(duì)物理模型、經(jīng)驗(yàn)技巧有一定的依賴，然而，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD） 是一種以流體為研究對(duì)象的數(shù)值模擬技術(shù)，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)而言，它具有資金投入少、計(jì)算速度快、信息完備且不受模型尺寸限制等具有巨大優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域內(nèi)必然能發(fā)揮越來(lái)越多的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 汪沙娜，劉夫云，匡兵，等.基于CAD/CAE集成的零件變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2013，29（4）：64-67.

[2] 汪廷彩，蘇平，祝水蘭.真空冷凍干燥技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用及展望[J].糧油加工與食品機(jī)械，2002，（12）：31-34.

[3] 徐成海，張世偉，關(guān)奎之. 真空干燥[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：11.

[4] 史偉勤，樓唯.真空冷凍干燥機(jī)制品擱板制冷的優(yōu)化[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2008，6（1）：45-48.

[5] 朱波，李保國(guó)，鄭效東，等.液氮輔助凍干機(jī)冷阱室內(nèi)溫度場(chǎng)模擬與分析[J].低溫工程，2011，179（1）：65-68.

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[15] 王澤鵬，張秀輝等.ANSYS12.0熱力學(xué)有限元分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：6.