一种血浆速冻柜温度均匀性设计方法与流程

本发明属于制冷与低温工程技术领域，具体涉及血浆速冻柜内储存温度均匀性设计方法。

背景技术：

血浆速冻柜是各大城市血站和血液中心必备的设备之一，在各个医院进行临床输血时，为了保证血浆质量，要求必须在采血后6到8小时内从全血中分离出血浆并在低温下速冻成块，因此需要通过血浆速冻柜对其进行冷却，常见的冷却方式有风冷速冻，通过高效压缩机使金属板（冷板）稳定在-50℃的温度，使血浆袋与冷板直接接触进行热传递，即血浆速冻柜通过冷风机提供冷风对血浆进行降温，但现有的血浆速冻柜只考虑到基本温度要求，没有考虑确保柜内温度均匀性的问题，使得柜内各袋血浆的冷冻速度不一致，影响血浆速冻的效率和品质。

技术实现要素：

本发明目的是针对现有的血浆速冻柜只考虑到基本温度要求，没有考虑确保柜内温度均匀性的问题，提出了一种血浆速冻柜温度均匀性设计方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种血浆速冻柜温度均匀性设计方法，包括以下步骤：

a选取实际血浆速冻柜，按照尺寸为长×宽×高=650mm×510mm×450mm，1∶1比例，建立柜内温度测试的物理模型，见图1；设计测温的计算区域，并确定所必需的计算条件，其中冷风入口处入口温度为227k；速度大小为2.89m/s，速度垂直于柜内壁面送风，其送风气流的湍流动能为0.02m²/s²,湍流耗散率为0.008m²/s³；

b采用非均匀四面体网格对步骤a中设计的计算区域实施网格划分，网格划分遵循“近壁加密”原则，即靠近柜内壁面的区域采用精密网格，远离壁面处采用稀疏网格；并对网格划分方法进行敏感性验证，直至网格划分方法对计算结果的敏感性影响≤5%时，方可认定完成网格划分；

c选用稳态k-ε二方程湍流数学模型，将温度控制方程写成通用守恒方程，采取有限容积法将方程离散成差分方程并采用二阶迎风格式求解；

d继续采用压力-速度耦合的半隐式算法求解，将计算误差控制在δ≤10^-3以内，以此得到计算区域内的流场计算结果；

e根据步骤d得到的流场计算结果，见图2；

f选择能量方程；设定空气的密度、比热容、导热系数、粘滞系数分别为1.225kg/m³、1006.43j/kg/k、0.0242w/m/k、1.7894e-05kg/m/s；送风口风速及温度分别为2.89m/s、227k；

g迭代计算，所有残差都小于0.001时，判定温度场计算结束；得到温度场计算结果，见图3；

h在搁架盘管之上到送风口垂直高度之间，每30mm选择一水平断面，并将该水平断面划分为12个小矩形，在矩形的中心点处布置温度测点，见图4；

i在搁架盘管上，同样将断面划分为12个矩形，并在矩形中心点处布置温度测点，见图5；

j设备运行后，用测温探头同时测量各个水平断面上各点的温度，每隔400秒记录一次，重复测量5-6次，取其平均值，见图6，；断面上的平均温度取各测点温度的算术平均值，见公式1；

k各测点的平均温度相差超过±1℃，视为不满足库内温度均匀性要求，则需要调整库内的送度参数（送风速度，送风温度以及送风湍动能），重新计算与测定，直到库内各测点平均温度的偏差不超过±1℃为止。

附图说明

图1为某种血浆速冻柜剖面示意图，图2为流场计算结果图，图3为温度场计算结果图，图4为空间温度测点图，图5为搁架盘管温度测点图，图6为各点温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，一种血浆速冻柜温度均匀性设计方法，包括以下步骤：

a选取实际血浆速冻柜，按照尺寸为长×宽×高=650mm×510mm×450mm，1∶1比例，建立柜内温度测试的物理模型，见图1；设计测温的计算区域，并确定所必需的计算条件，其中冷风入口处入口温度为227k；速度大小为2.89m/s，速度垂直于柜内壁面送风，其送风气流的湍流动能为0.02m²/s²,湍流耗散率为0.008m²/s³；

b采用非均匀四面体网格对步骤a中设计的计算区域实施网格划分，网格划分遵循“近壁加密”原则，即靠近柜内壁面的区域采用精密网格，远离壁面处采用稀疏网格；并对网格划分方法进行敏感性验证，直至网格划分方法对计算结果的敏感性影响≤5%时，方可认定完成网格划分；

c选用稳态k-ε二方程湍流数学模型，将温度控制方程写成通用守恒方程，采取有限容积法将方程离散成差分方程并采用二阶迎风格式求解；

d继续采用压力-速度耦合的半隐式算法求解，将计算误差控制在δ≤10^-3以内，以此得到计算区域内的流场计算结果；

e根据步骤d得到的流场计算结果，见图2；

f选择能量方程；设定空气的密度、比热容、导热系数、粘滞系数分别为1.225kg/m³、1006.43j/kg/k、0.0242w/m/k、1.7894e-05kg/m/s；送风口风速及温度分别为2.89m/s、227k；

g迭代计算，所有残差都小于0.001时，判定温度场计算结束；得到温度场计算结果，见图3；

h在搁架盘管之上到送风口垂直高度之间，每30mm选择一水平断面，并将该水平断面划分为12个小矩形，在矩形的中心点处布置温度测点，见图4；

i在搁架盘管上，同样将断面划分为12个矩形，并在矩形中心点处布置温度测点，见图5；

j设备运行后，用测温探头同时测量各个水平断面上各点的温度，每隔400秒记录一次，重复测量5-6次，取其平均值，见图6，；断面上的平均温度取各测点温度的算术平均值，见公式1；

k各测点的平均温度相差超过±1℃，视为不满足库内温度均匀性要求，则需要调整库内的送度参数（送风速度，送风温度以及送风湍动能），重新计算与测定，直到库内各测点平均温度的偏差不超过±1℃为止。

如图1所示，通过选用某种血浆速冻柜为分析实例，做了进一步分析。该速冻柜速冻区域长约650mm，宽约510mm，高约455mm，倾斜导流板倾斜角度为45°。

由温度探头测得各测点的温度，计算需要的温度，

（1）

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。