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            解冷冻干燥机设备捕霜板之间捕霜不均匀问题

            时间:2022-01-18 点击次数:72
               冷冻干燥机设备广泛用在医学、制药、生物研究、化工和食品等领域。经冷冻干燥处理的物品易于长期保存,加水后能恢复到冻干前状态并保持原有生化特性。冷冻干燥机设备适用于实验室使用或少量生产,可满足大多数实验室常规冻干的要求。
              解冷冻干燥机设备捕霜板之间捕霜不均匀问题
              真空冷冻干燥机设备系统设计时,需要解决捕水器存在的问题,其中包括各捕霜板之间捕霜不均匀,为解决这个问题采取了以下措施。
              1、在分配器入口端加一段直管
              由于冷冻干燥机制冷剂通过膨胀阀后要经过一个弯头才能进入分配器,而制冷剂经过弯头后会形成涡流和扰动,因此我们在分配器入口端加了一段直管。
              流体在流动过程中的能量损失包括两种:沿程阻力和局部损失。
              (1)沿程阻力是一种沿导管长度上的能量损失,它与管的粗糙度、流体性质及流动状态有关。
              (2)局部损失是因局部障碍引起流束显著变形及涡流所产生的阻力。
              显然此处弯头的能量损失主要为局部损失,即产生了涡流。如果流体经过弯管后直接与分配器连接,由于涡流的存在使同一截面上的各处压力不均匀,会使各通路的流量分配有较大差别,导致的直接结果就是冷冻干燥机各捕霜板之间捕霜不均匀。
              若在冷冻干燥机分配器前加一段直管,流体在直管内流动时主要为沿程损失,局部损失很小, 可以忽略不计。如果这段直管足够长,沿程阻力对涡流起抑制和消除的作用,会消除涡流和扰动的影响。此时,流体的雷诺数小于下临界雷诺数,会形成层流,即压力在同一半径上相等,这种情况是理想的。
              流体的雷诺数与管路的直径、流速、运动黏度系数有关,管路直径为一定值,但流体的流速及运动黏度系数是不可控制且是在不断变化的,即流体的雷诺数是变化的,当雷诺数大于上临界雷诺数时,冷冻干燥机管路中的流体就会形成紊流。但是,紊流的存在不一定是有害的,从微观上分析紊流是由于流体各质点运动迹线各不相同造成的,从而造成了在某一时刻同一截面上各处压力分布无序。
              从宏观上分析紊流可分为两种:第一种是涡流,涡流分布是有一定规律的,即由于局部损失造成的涡流会造成在同一截面上某一点可能在一段时间内总高于或低于另外一点。这种情况,是应极力避免的,它会造成各板之间流量分配不均。第二种是由于上游涡流引起的紊流,在下游某一截面上在不同的点上压力无规则分布,在不同的时刻在同一点上压力也不相同,但在一段时间内某一截面上的压力分布则是有规律的。
              在冷冻干燥机分配器前加一段直管可以起到整理液流的作用,使分流器入口尽量远离涡流,使各通路的流量分配均匀。
              2、分配器与捕霜板之间连接的改进
              对于冷冻干燥机分配器与捕霜板之间位置的空间分布来说,如果按Z近路径方式连接,会使各通路长度不相等,沿程阻力各不相同,从而导致流量分配不均匀。因此,在装配焊接时,要求各捕霜板与分配器之间连接管长度相同,但由于分配器到各板之间距离不同,因此连接管采用了一种近似于螺旋的结构, 这样不但使连接管长度相同,而且保证了各通路路径近似相同,使流经各通路的流体沿程阻力和局部损失基本相同,从而保证了流量的分配均匀。
              在采用了以上措施后,我们在冷冻干燥机调试过程中观察发现,每块板上结霜厚度较均匀,各捕水板之间的结霜厚度差别较小,达到了预期的目的。

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