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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