labconco冻干机冷阱室内气流原理

冷阱(水汽凝结器 )是冻干设备的重要组成部分 ,同时又是冻干机设计中的难点 。冷 阱要求通导能力好 ,保证气体流动;水蒸气与冷阱盘管外表面碰撞几率高 ,提高捕集水蒸气 的效率 ,保护真空
泵正常运转 ;冷阱捕水面积大 ,保证设备有足够的捕水能力 ;水汽凝结器捕水匀可靠 ,提高冷阱捕水面积利用率。然而 ,在实际设计 中,由于缺乏对冷阱室内气流组织 的研究 ,设计 出来 的冷阱结 构庞大,造价高,结构不合理,造成水汽凝结器结霜不均,冷阱捕水 能力下降¨。冷阱室内加入合适的导流板 ,对其中的气 流组织进行优化 ,以提高冷阱的捕水能力。

2 冻 干机 冷阱 室几何 模 型冻干机冷阱室的尺寸为长 400mmx400mm×400mm(长 ×宽 ×高 ),其设计方式为低温箱式设计方案。冷阱室 内的冷源主要为冷阱盘管 、干燥室内升华干燥出来的水蒸气 。进气 口中心在距离冷阱室底面 147ram,出气 口中心在距离冷阱室底面 142mm的高度上。冷阱盘管管间距为 40mm,共2排,间距 30mm,材料为紫铜管,具体位置布置

如图 1所示。

未加导流板加导流板后

冷阱室外由厚为 100mm的PS材料

3.1 建立控 制 方程

在对冷阱室 内的气 流组织 的模拟 时,为 了简化计算模型 ,建立数学模型时作如下假设 :

(1)模拟过程 中,冷 阱室 内的流体选用 干空气 ,不考虑其在冷阱盘管壁面的相变过程 ;

(2)冷阱室内流体为不可压缩的常物性牛顿流体 ,流动为非定常流动;

(3)冷阱室 内与外 界无热交换发生 ,为绝热体;

(4)冷阱盘管冷壁面看作是温度为 一60~C的恒温冷壁面;

(5)计算微元体体力只有重力 ,且 z轴竖直
向上 ;
(6)冷 阱室 内流 体 的雷 诺 数 经 计 算 小 于
2300,即流动状态为层流,即流体在流动过程 中两层之间没有相互渗透 ;因此 ,其流动过程主要受质量守恒定律 、动量守恒定律和能量守恒定律的控制。这些方程也构成了对冷阱室内气体流动的控制方程:
质量守恒方程 (连续性方程),即单位时问内流体微元体中质量 的增加 ,等于 同一时问问隔内流人该微元体的净质量 :

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