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      隔離器的計算機仿真設計

      發布于:07-26


      摘??要:通過對隔離器系統結構組成部分的介紹和描述,介紹了設計隔離器內部層流效果的模擬設計,并闡述設計的改進方面。


      關鍵詞:隔離器;系統結構;模擬;仿真設計


      上世紀隔離器技術概念的引入,開啟了從全局潔凈室滅菌到局部隔離裝置滅菌的新局面,以其經濟性、產品質量優異性和對產品、人員提供的最大保護程度,成為國際上流行的無菌保障支持的手段。國內隔離器技術尚屬起步階段,大多采用于無菌灌裝或分裝設備上,自主生產的隔離器設備較少,對裝置其中的層級氣流分布情況都未進行系統研究,這些隔離器技術問題亟待解決。


      實驗方法是所有理論分析和數值計算的基礎,其重要性不容低估。然而,實驗常受到流場擾動、模型大小、測量可行性等實際情況的限制,有時很難通過實驗的方法得到結果。此外,實驗有時會遇到人力、物力耗費大或周期較長等方面的諸多困難。尤其是一些機械設備在前期的設計階段缺乏試驗用樣機,不足以獲得足夠的實驗經驗來避免設計中潛在的問題與缺陷。這些問題只能在最后的設備成型及試運行階段、甚至投入使用一段時間才能發現,此時再進行設備修改不僅效率低,而且浪費財力物力。


      隨著現代計算機仿真和網絡通信技術的發展,仿真設計的興起為這些問題提供了新的解決方法。設計初期,在計算機模擬環境中建立模型,測試產品各項性能,盡可能在設計初期全面了解產品產品問題以做出改進,從而可以作出前瞻性的決策或優化實施方案。


      CFD方法克服了實驗測量和純理論分析這兩種方法的弱點,又兼有理論性和實踐性的雙重特點。借助流體動力學的思想和計算機仿真技術,方便有效地分析空氣層流的特性,可視化的方法不僅能使流場可以定性地呈現,而且能定量地捕捉到流場各處的壓力、速度和各相耦合強度等重要數據,為隔離器設計和優化方面提供了有效的手段。


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      GAMBIT是流體模擬的前處理軟件包,為CFD生成其所需的網格模型。GAMBIT作出的網格,可用于多種CFD程序或CFD軟件。其功能主要包括三方面:構造幾何模型、劃分網格和指定邊界。其中,劃分網格是其最主要的功能。它最終生成包含有邊界信息的網格文件??紤]到幾何模型內部的不規則幾何結構,計算區域采用四面體對模型進行網格劃分。模型上部均勻進風,層流罩下部及鼠洞口出風。因輸送帶兩側(即鼠洞)處尺寸較小,為了盡量考察此處的流場情況,將其進行局部加密。















      3??結語


      影響層流罩內流體流場效果的因素很多,隔離器高度、送風及回風方式、設備擺放等都有一定影響。本設計主要在回風方式和外壁傾角上進行了改進。


      (1)根據速度等值圖分析,采用底部回風方式有比較均勻規律的層流效果。帶鼠洞的的傳送方式增加了密閉性,減少了層流罩不必要的開啟,從而減少了受外界環境污染的風險。從得到圖形結果看,鼠洞對氣流影響不大。此改進提高了衡量隔離系統的性能的重要指標:隔離密閉性和單項層流均勻性。


      (2)外壁傾角8~15°,符合人體工程學,給操作更多的舒適性。傾角的存在一定程度上影響了層流效果,但不顯著。另作模型增加輸送帶與傾角面的距離做模擬,并做相映輸送帶灌裝位置的切面,對比速度等值圖、流線圖等,可以看出速度值分布更均勻,流線圖顯示層流效果更好。


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      原著:于穎,張麗麗.?隔離器的計算機仿真設計[J].?中國制藥裝備.總84期.2012(8)


      作者簡介:于穎,張麗麗.中國藥科大學藥學院制藥裝備與自動化教研室,江蘇?南京?210009


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