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。