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设计冷冻离心机时对离心机内温度场的测定

由于压缩机采用双位启停控制,在低转速(2000、10000r/min)、腔体设定温度为4℃时压缩机腔体内温度场随运行时间呈周期性波动。选取其中一个时间点,分析在瞬态下腔体内温度场分布的均匀性。腔体内温度测点布置见图14。

 温度测点布置图

对不同转速、不同腔体设定温度工况下离心腔内各点温度值进行测量,结果见图15~17。

2000r/min、设定温度4℃腔体内温度

?0000r/min、设定温度4℃腔体内温度

?3000r/min、设定温度4℃腔体内温度

在特定转速和设定温度下,腔体内各点温度分布较为均匀,最大值与最小值相差不超过1℃,但在同样的设定温度下,随着转速的增加,腔内温度增加,说明设定温度的测量是有较大误差。

1)运用FLUENT软件对离心机腔体内速度场进行了初步的数值模拟计算,得到了离心机腔体内速度场的具体分布情况。总体来看腔体内速度场分布较为均匀,在高转速下腔体内部速度较大,能有效增强腔体内空气与蒸发器之间的换热,腔体内表面空气流动为旋转湍流流动。

2)根据离心机腔体内速度场初步的数值模拟计算结果,在建立简化的蒸发器传热模型基础上,进行制冷系统蒸发器及其它配件的选型设计计算。通过对制冷系统各状态参数的实验测量值与设计参数进行比较,得出选择的设计参数合理、计算方法正确,各部件匹配合适,制冷系统运行可靠。

3)通过对比腔体内速度场的模拟计算值与实验值,验证了采用CFD方法模拟医用冷冻实验室离心机腔体内速度场结果的可靠性。

4)通过对对比腔体内温度场的实验测定,得到腔体内温度场分布均匀,腔体内各点之间的温度差值在1℃范围以内,说明制冷系统蒸发器设计正确、布置合理。

5) 运用CFD方法对医用高速冷冻实验室离心机腔体速度场进行理论研究具有可行性,主流区速度的理论计算与实验结果基本一致,进一步验证了蒸发器传热计算以及制冷系统设计的合理性。

医用实验室冷冻离心机的展望

1)对系统各个设备以及零部件进行优化匹配设计,进行计算机模拟研究,并结合实验数据进行对比,通过模拟实验优化整机的匹配关系。

2)运用理论方法确定转子在不同转速下的摩擦生热量,合理匹配压缩机制冷量;对蒸发器进行强化换热研究,如在铜管与腔体壁面间的空气夹层内注入导热胶等,提高蒸发温度,减少制冷系统运行功耗。

3)实验表明在高转速下腔体内实际测量温度与设定值有较大误差,今后需要对腔体内设定温度传感器的测量误差进行分析研究。