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隔离器的计算机仿真设计

发布时间:07-26  

摘??要:通过对隔离器系统结构组成部分的介绍和描述,介绍了设计隔离器内部层流效果的模拟设计,并阐述设计的改进方面。


关键词:隔离器;系统结构;模拟;仿真设计


上世纪隔离器技术概念的引入,开启了从全局洁净室灭菌到局部隔离装置灭菌的新局面,以其经济性、产品质量优异性和对产品、人员提供的最大保护程度,成为国际上流行的无菌保障支持的手段。国内隔离器技术尚属起步阶段,大多采用于无菌灌装或分装设备上,自主生产的隔离器设备较少,对装置其中的层级气流分布情况都未进行系统研究,这些隔离器技术问题亟待解决。


实验方法是所有理论分析和数值计算的基础,其重要性不容低估。然而,实验常受到流场扰动、模型大小、测量可行性等实际情况的限制,有时很难通过实验的方法得到结果。此外,实验有时会遇到人力、物力耗费大或周期较长等方面的诸多困难。尤其是一些机械设备在前期的设计阶段缺乏试验用样机,不足以获得足够的实验经验来避免设计中潜在的问题与缺陷。这些问题只能在最后的设备成型及试运行阶段、甚至投入使用一段时间才能发现,此时再进行设备修改不仅效率低,而且浪费财力物力。


随着现代计算机仿真和网络通信技术的发展,仿真设计的兴起为这些问题提供了新的解决方法。设计初期,在计算机模拟环境中建立模型,测试产品各项性能,尽可能在设计初期全面了解产品产品问题以做出改进,从而可以作出前瞻性的决策或优化实施方案。


CFD方法克服了实验测量和纯理论分析这两种方法的弱点,又兼有理论性和实践性的双重特点。借助流体动力学的思想和计算机仿真技术,方便有效地分析空气层流的特性,可视化的方法不仅能使流场可以定性地呈现,而且能定量地捕捉到流场各处的压力、速度和各相耦合强度等重要数据,为隔离器设计和优化方面提供了有效的手段。


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GAMBIT是流体模拟的前处理软件包,为CFD生成其所需的网格模型。GAMBIT作出的网格,可用于多种CFD程序或CFD软件。其功能主要包括三方面:构造几何模型、划分网格和指定边界。其中,划分网格是其最主要的功能。它最终生成包含有边界信息的网格文件。考虑到几何模型内部的不规则几何结构,计算区域采用四面体对模型进行网格划分。模型上部均匀进风,层流罩下部及鼠洞口出风。因输送带两侧(即鼠洞)处尺寸较小,为了尽量考察此处的流场情况,将其进行局部加密。















3??结语


影响层流罩内流体流场效果的因素很多,隔离器高度、送风及回风方式、设备摆放等都有一定影响。本设计主要在回风方式和外壁倾角上进行了改进。


(1)根据速度等值图分析,采用底部回风方式有比较均匀规律的层流效果。带鼠洞的的传送方式增加了密闭性,减少了层流罩不必要的开启,从而减少了受外界环境污染的风险。从得到图形结果看,鼠洞对气流影响不大。此改进提高了衡量隔离系统的性能的重要指标:隔离密闭性和单项层流均匀性。


(2)外壁倾角8~15°,符合人体工程学,给操作更多的舒适性。倾角的存在一定程度上影响了层流效果,但不显著。另作模型增加输送带与倾角面的距离做模拟,并做相映输送带灌装位置的切面,对比速度等值图、流线图等,可以看出速度值分布更均匀,流线图显示层流效果更好。


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原著:于颖,张丽丽.?隔离器的计算机仿真设计[J].?中国制药装备.总84期.2012(8)


作者简介:于颖,张丽丽.中国药科大学药学院制药装备与自动化教研室,江苏?南京?210009


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