冷凍干燥技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用,凍干保存中的各個階段均涉及復雜的相變傳熱過程,詳細研究生物材料凍干保存中的相變傳熱特性對提高凍干產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義。本文依據(jù)凍干保存的熱物理機制,建立了生物材料凍干保存全周期(凍結(jié)、升華干燥和解析干燥)的仿真模型,對凍干保存中的傳熱傳質(zhì)及結(jié)晶、升華等相變過程的數(shù)值仿真方法進行了研究,依據(jù)仿真結(jié)果,詳細的分析了凍干條件對生物材料干燥時間、殘余水含量的影響規(guī)律。具體工作包括:(1)對凍結(jié)過程的相變傳熱原理與仿真方法進行了研究。根據(jù)降溫過程中的傳熱以及非等溫結(jié)晶動力學原理,運用有限元法對物料的凍結(jié)過程進行建模,模擬了降溫過程中物料的溫度分布與變化規(guī)律,預測凍結(jié)過程中細胞懸浮液內(nèi)部冰晶分布與生長情況。另外,基于此方法對裝料高度不同的細胞懸浮液的結(jié)晶情況進行預測,確定合適的裝料高度。(2)對升華干燥過程的傳熱傳質(zhì)原理與仿真方法進行了研究,基于描述升華干燥過程的多維動態(tài)數(shù)學模型,運用有限元法與動網(wǎng)格技術(shù)結(jié)合的方式對升華干燥的傳熱傳質(zhì)以及相變過程進行建模,模擬升華干燥過程的材料內(nèi)部升華界面、溫度、壓強以及結(jié)合水含量的動態(tài)變化過程,分析了凍干條件對...

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 凍干保存的基本物理過程
    1.3 冷凍干燥技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀
    1.4 凍干過程數(shù)值仿真研究國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 凍結(jié)相變傳熱過程研究
        1.4.2 干燥相變傳熱過程研究
    1.5 研究內(nèi)容
    1.6 論文結(jié)構(gòu)
第二章 凍結(jié)過程的數(shù)值仿真研究
    2.1 凍結(jié)原理
    2.2 理論模型
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 初始條件與邊界條件
    2.3 數(shù)值仿真方法研究
        2.3.1 幾何建模
        2.3.2 網(wǎng)格劃分
        2.3.3 求解設(shè)置
    2.4 驗證實驗
        2.4.1 實驗方法
    2.5 結(jié)果與分析
        2.5.1 數(shù)值與仿真結(jié)果對比
        2.5.2 溫度分布情況
        2.5.3 冰晶生長情況
        2.5.4 裝載厚度對物料結(jié)晶度的影響
    2.6 本章小結(jié)
第三章 升華干燥過程的數(shù)值仿真研究
    3.1 升華干燥原理
    3.2 理論模型
        3.2.1 傳熱控制方程
        3.2.2 傳質(zhì)控制方程
        3.2.3 升華界面的移動方程
        3.2.4 初始條件與邊界條件
    3.3 數(shù)值仿真方法研究
        3.3.1 幾何建模
        3.3.2 升華界面的移動控制方法
        3.3.3 網(wǎng)格劃分
        3.3.4 求解設(shè)置
        3.3.5 網(wǎng)格優(yōu)化
    3.4 數(shù)值仿真結(jié)果與分析
        3.4.1 升華界面移動
        3.4.2 溫度場的動態(tài)分布
        3.4.3 壓力場的動態(tài)分布
        3.4.4 結(jié)合水解析變化情況
        3.4.5 干燥條件對干燥時間的影響
        3.4.6 干燥條件對結(jié)合水的影響
    3.5 本章小結(jié)
第四章 解析干燥過程的數(shù)值仿真研究
    4.1 理論模型
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 初始條件與邊界條件
    4.2 數(shù)值仿真方法研究
        4.2.1 幾何模型
        4.2.2 網(wǎng)格劃分
        4.2.3 求解設(shè)置
    4.3 數(shù)值仿真結(jié)果與分析
        4.3.1 溫度場的動態(tài)分布
        4.3.2 壓力場的動態(tài)分布
        4.3.3 結(jié)合水解析變化情況
        4.3.4 干燥條件對總干燥時間的影響
    4.4 實驗驗證
        4.4.1 實驗儀器與材料
        4.4.2 實驗過程與方法
        4.4.3 結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄
攻讀碩士學位期間取得的研究成果



本文編號：3862339