螺旋挡板激流式生物反应器的流场仿真分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ydaf5hv2
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随着对医用蛋白需求量的增多,利用生物反应器进行动物细胞更大体积的培养已经成为了一种趋势。因为搅拌式生物反应器具有价格昂贵、流场内较大的剪切力和小规模的研究结果无法应用到较大规模上等问题,所以激流式生物反应器引起了国内外学者的关注。针对哈药集团较大规模的激流式生物反应器具有较差的溶氧和混合效果,本论文在原来结构内壁上添加了一圈螺旋挡板。本文利用Fluent软件仿真模拟了激流式生物反应器的内部流场,并对结果做了对比分析。  首先,本文利用Fluent软件对加有螺旋挡板结构、圆柱形结构和方形结构的激流式生物反应器内的液体运动形式进行了仿真,结果表明螺旋挡板内的液体会沿着螺旋挡板轨道运动,圆柱形结构内的液体形状最规则并且具有规模可伸缩性,而方形结构由于棱角的存在使得液体运动最复杂。  然后建立了激流式生物反应器评价标准与仿真结果之间的关系,通过评价标准优化了螺旋挡板结构的宽度和螺距两个参数,得出最优值为螺距166mm,宽度125mm。  接着考虑了转速和添加溶液量对螺旋挡板激流式生物反应器内部流场的影响,仿真结果表明,增加转速可以增加生物反应器的溶氧和混合特性,而添加溶液量的增加,使得反应器内的溶氧和混合效果减弱,这样就会使得动物细胞在生长过程中出现养分供应不充足。  同时对加有螺旋挡板结构、圆柱形结构和方形结构的激流式生物反应器在不同添加溶液量时的内部流场进行了仿真,结果表明加有螺旋挡板的激流式生物反应器比其它两种结构具有更好的溶氧特性和更强的混合效果。  最后,利用实验的方法对改进前后罐体结构内的混合时间做了测量,并考虑了转速和添加溶液量对混合时间的影响,从混合时间这个参数得出的结论和相应仿真结果中得出的结论相符。
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