冷阱(水汽凝結(jié)器 )是凍干設備的重要組成部分 ,同時又是凍干機設計中的難點 。冷 阱要求通導能力好 ,保證氣體流動;水蒸氣與冷阱盤管外表面碰撞幾率高 ,提高捕集水蒸氣 的效率 ,保護真空
泵正常運轉(zhuǎn) ;冷阱捕水面積大 ,保證設備有足夠的捕水能力 ;水汽凝結(jié)器捕水勻可靠 ,提高冷阱捕水面積利用率。然而 ,在實際設計 中,由于缺乏對冷阱室內(nèi)氣流組織 的研究 ,設計 出來 的冷阱結(jié) 構龐大,造價高,結(jié)構不合理,造成水汽凝結(jié)器結(jié)霜不均,冷阱捕水 能力下降¨。冷阱室內(nèi)加入合適的導流板 ,對其中的氣 流組織進行優(yōu)化 ,以提高冷阱的捕水能力。
2 凍 干機 冷阱 室?guī)缀?模 型凍干機冷阱室的尺寸為長 400mmx400mm×400mm(長 ×寬 ×高 ),其設計方式為低溫箱式設計方案。冷阱室 內(nèi)的冷源主要為冷阱盤管 、干燥室內(nèi)升華干燥出來的水蒸氣 。進氣 口中心在距離冷阱室底面 147ram,出氣 口中心在距離冷阱室底面 142mm的高度上。冷阱盤管管間距為 40mm,共2排,間距 30mm,材料為紫銅管,具體位置布置
如圖 1所示。


冷阱室外由厚為 100mm的PS材料

3.1 建立控 制 方程
在對冷阱室 內(nèi)的氣 流組織 的模擬 時,為 了簡化計算模型 ,建立數(shù)學模型時作如下假設 :
(1)模擬過程 中,冷 阱室 內(nèi)的流體選用 干空氣 ,不考慮其在冷阱盤管壁面的相變過程 ;
(2)冷阱室內(nèi)流體為不可壓縮的常物性牛頓流體 ,流動為非定常流動;
(3)冷阱室 內(nèi)與外 界無熱交換發(fā)生 ,為絕熱體;
(4)冷阱盤管冷壁面看作是溫度為 一60~C的恒溫冷壁面;
(5)計算微元體體力只有重力 ,且 z軸豎直
向上 ;
(6)冷 阱室 內(nèi)流 體 的雷 諾 數(shù) 經(jīng) 計 算 小 于
2300,即流動狀態(tài)為層流,即流體在流動過程 中兩層之間沒有相互滲透 ;因此 ,其流動過程主要受質(zhì)量守恒定律 、動量守恒定律和能量守恒定律的控制。這些方程也構成了對冷阱室內(nèi)氣體流動的控制方程:
質(zhì)量守恒方程 (連續(xù)性方程),即單位時問內(nèi)流體微元體中質(zhì)量 的增加 ,等于 同一時問問隔內(nèi)流人該微元體的凈質(zhì)量 :
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