基于细胞储存的低温恒温箱温度控制特性研究

发布时间：2020-06-26 08:16

【摘要】：21世纪,细胞疗法发展迅速,可能成为人类治疗的主要方式之一。为了拥有充足的细胞来进行细胞治疗,需对细胞进行存储,以备不时之需。细胞储存通常需要经过两个过程,一个是降温过程,一个是保温过程,首先将细胞降温,达到需要的储存温度,再将其放入低温储存箱中进行储存。因此,需要实现细胞储存的两个设备,包括降温设备与保温设备。若降温过程不稳定,存在过大的温度波动,则会对生物细胞存活产生严重威胁。本文针对降温过程开展研究,设计低温箱的降温系统,保证降温过程的合理性。为制定低温箱降温过程的控制策略,即可在给定低温箱内温度变化要求的情况下,获得对降温工质进行调节的阀门开度变化规律。首先,本文通过理论建模与实验结合的方法,获得了箱内特征点温度变化与气液换热器混合出口流量、温度的变化关系。其次,对于混合出口温度、流量的控制,本文通过对汽化器和板式换热器建立了动态模型,研究其换热特性,最终建立对整个系统的控制策略。具体过程如下:基于现有对于结霜工况下汽化器的换热研究获得的液相、气液两相以及气相段的等效传热系数,并依据能量守恒原则建立的物理模型,使用MATLAB对汽化器实际运行过程进行模拟,从而获得汽化器入口液氮流量与出口工质温度的动态响应关系。对液氮与氮气在板式换热器内的换热过程进行建模分析,获得不同液氮及氮气入口流量情况下,换热器出口温度的动态变化关系,进而为制定相应的控制策略提供理论指导。最后,在对汽化器和板式换热器进行换热特性研究的基础上,制定了整个系统的控制策略,将已知的箱体内部温度变化规律作为输入参数,经过模型求解出相应的阀门控制策略,将策略应用于实际运行过程,并将所获得的结果与预期的低温箱内温度变化进行比较。结果表明,实验值与预期值的变化趋势基本一致。由于数值模拟中进行了适当的化简,使得实验结果存在一定的偏差,但是最大误差不超过预期值的10%,说明该方法能较好地实现低温箱的降温过程。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH79
【图文】：

上海交通大学硕士学位论文第二章 低温生物储存箱硬件介绍及系统模型建简介涉及一套具有温度梯度的低温空间环境系统，如图 2-1 所示。主要由低温箱、低温供给系统、控制和数据采集系统构成。低材料、送风孔板、低温观察窗以及壁面电加热片等；低温供给罐、板式换热器、汽化器、液氮阀等；数据采集系统主要由温器和电脑主机等构成。为了满足箱内是低温的目的，液氮与氮气之后，通过送风孔板进入箱内。同时，为了防止箱内上方机度环境中，需要在箱内上方通入常温氮气，使得箱内形成温度

三章 重要部件及系统换热特性分析换热器作为系统的重要部件，对其换热特性进行对两者进行建模，分析获得其稳态输出特性与动的换热特性进行分析。参数汽化器具有非常简明的结构，由换热管按照等距具有很高的热效率，换热器芯管采用不锈钢管。低温设备有限公司生产的 QQNG-2000/1.2 空温式 3-1所示。汽化器尺寸（mm）1620*770*490，整。管内外径分别是 28 mm和 32 mm，安装有 8 翅为 2 mm，翅片管采用铝合金材质。

【参考文献】

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1 黄永帅;姜未汀;韩维哲;史文斯;;板式换热器两相流换热和压降性能综述[J];制冷与空调;2015年11期

2 郑R

本文编号：2730066