قياسات الطاقة الإدخال في المفاعلات الحيوية المقلبة في المختبرات

تم تحديد مدخلات الطاقة في المفاعلات الحيوية متعددة الاستخدام، وتستخدم مرة واحدة مختلفة مع أحجام العمل بين 1 لتر و 10 لتر. ويرد في الجدول 2تفاصيل هندسية. في حالة السفن التي تستخدم مرة واحدة، شنت الأعلى الأنابيب والموانئ والعلب رمح المكره المراد إزالتها من لوحات الرأس كي تناسب هذه السفن إلى صاحب السفينة. علاوة على ذلك، ألحقت مهاوي البلاستيك المدمج برمح الفولاذ المقاوم للصدأ التي تم استخدامها بالاقتران مع حمل الهواء، ولكن هناك حاجة إلى لا إجراء المزيد من التعديلات. وتم قياس عزم الدوران للمكره بسرعة بين 100 لفة في الدقيقة و 300 دورة في الدقيقة في الأوعية الدموية أونبافليد وبين 100 لفة في الدقيقة و 700 دورة في الدقيقة في الأوعية حيرة، المقابلة لنصيحة أقصى سرعة 1.13 m·s-1 و 1.54 m·s-1 (انظر 4 مكافئ.) على التوالي. (4) قيدت بسرعة المحرض المعرفة في النهاية السفلي من عزم الدوران استشعار دقة القياس والانحراف المعياري النسبي في إمكانية تكرار نتائج ± 0.2% و < 0.05% من العزم الأسمى على التوالي (المحدد بواسطة الشركة المصنعة36). وعلاوة على ذلك، وقد عرف بسرعة المحرض أقصى عزم الدوران الاسمية (0.2 Nm)، خاصة بالنسبة للدبابة 10 لتر بالتحقيق، وتشكيل دوامة في الأوعية الدموية أونبافليد. منعا للاستشعار من التلف، وعرف عزم الدوران الأقصى أثناء القياس في 60% من عزم الدوران الاسمية (0.12 Nm) وعمق الدوامة يقتصر على حوالي 20 مم استناداً إلى الفحص البصري. استخدام زيادة تدريجية في سرعات دورانية المحرض، يظهر ملف تعريف عزم نموذجية في الشكل 2. زيادة إشارة عزم الدوران مع كل خطوة زيادة في سرعة الدوران، كما هو متوقع من مكافئ. 1. ولوحظت قيم الذروة في إشارة العزم بعد كل تعديل سرعة المكره، الذي يمكن تفسيره بالتعجيل الأولى بالسائل والتحكم PID في سرعة المحرض. وتم الحصول على قياسات شبه مستقرة بعد حوالي 1 دقيقة، تبعاً لسرعة الدوران والمكره المستخدمة. تقلبات المتبقية في الوقت قريب بلغ متوسط قيمة عزم الدوران المرحلة الفردية كانت عادة حوالي 5 في المائة من قيمة يعني بالنسبة الضواغط والانفعالات بسرعة التحقيق. لمزيد من التقييم، تستخدم القيم امتدت المرحلة المتوسط، بينما الذروة عزم الدوران بعد أن تم تجاهل كل ضبط السرعة. استناداً إلى تكرار القياس 2 هرتز، العزوم المقاسة (TL) تمثل متوسط نقاط البيانات 240 أقل، التي توفر يقين إحصائية عالية بما فيه الكفاية، والانحرافات المعيارية النسبي لهذه القيم الوسطية كانت أقل من 3 في المائة بالنسبة معظم نقاط القياس، مما يشير إلى إشارات القياس مستقرة. من المثير للاهتمام، تقليل الانحرافات المعيارية عادة انخفضت مع زيادة الإثارة بسرعة، مما يشير إلى أن الأهمية النسبية للتقلبات الآنفة الذكر مع الانفعالات أعلى. كما ثبت سابقا35، عزم الدوران الميت، أي قياس عزم الدوران دون السائل داخل السفينة، والتي يمكن أن تكون نتيجة لخسائر الاحتكاك في حمل، والأختام ومحرك الأقراص أو الانحناءات الصغيرة في أو الاختلالات رمح المكره (لا سيما استخدام واحد البلاستيك مهاوي)، يخفض إلى حد كبير باستخدام تأثير الهواء. بشكل عام، قيم العزم الميت محرضين الفولاذ المقاوم للصدأ كانت أصغر من أجل تلك المصنوعة من البلاستيك. وهذا يمكن تفسيره بمستوى أعلى من تصلب مهاوي الصلب، مما يؤدي إلى انخفاض التذبذب أثناء التناوب. لمعظم محرضين المستخدمة، العزوم الميت المتبقية مع حمل الهواء منخفضة كما 0.5 mN·m، وبالتالي أدناه، أو قريبة من القرار استشعار متر عزم الدوران المطبق (0.4 mN·m). ولوحظ عزم الدوران الميت المتبقية أعلى في مفاعل حيوي #6، الذي يستخدم التجنيب رمح المكره في قاع السفينة. خلال التناوب، اصطدمت رمح المكره أن التجنيب، التي يمكن ملاحظتها أيضا خلال تجارب زراعة، أسفر عن احتكاك إضافية. وكما يتبين من الشكل 3، بعد حساب الطاقة تم الحصول على مدخلات من العزوم فعالة (استناداً إلى مكافئ. 1) والتآمر عليها كدالة لأرقام رينولدز (مكافئ. 3)، الملامح الفردية لكل من وسائل الإعلام نموذج اختبار. زيادة مدخلات الطاقة في كل من هذه المنحنيات، كما زاد عدد رينولدز والمنحدرات كانت قريبة من العلاقة PL إعادة3. يمكن الحصول على هذا الارتباط من مكافئ. 2 و 3 مكافئ. عند افتراض قطرها المكره وعدد قوة ثابتة. تم العثور على هذا لجميع مشاغبين اختبارها مع R2 > 0.99.  من البيانات عزم الدوران التجريبية التي تم الحصول عليها، وخصائص الطاقة لجميع مشاغبين التحقيق وأخيراً حسبت على أساس مكافئ. 2 (انظر الشكل 4، ، من الشكل 5 الشكل 6). تم استخدام التوربينات راشتون القياسية كمرجع مع أرقام السلطة موثقة توثيقاً جيدا في الأدب1،،من1617،،من1819،20، 21،،من2223،،من2425. وكما يتبين من الشكل 4a، انخفض عدد السلطة في السفينة ل 2 أصغر (مفاعل حيوي #1) في الانخفاض في عدد رينولدز (100 < Re < إيتش فايف زيرو زيرو) من ف0 = 6.3 إلى ف0 ≈ 3.3 قبل زيادة مرة أخرى أعلاه إعادة ≈ 2000. عدد قوة ثابتة تقريبا ف0 = 4.17±0.14 تم الحصول عليها تحت ظروف مضطربة تماما (إعادة > 104). قيمة القابلة لمقارنة ف0 = 4.34±0.22 مصممة للسفينة أكبر مع حجم العمل ل 10 (مفاعل حيوي #2)، في حين تم العثور على بعض الانحرافات بين الجدولين لنطاق الانتقالية مع 600 < إعادة < 104 (انظر الشكل 4a). على الرغم من ذلك، الاتجاهات النوعية في الجدولين كليهما يتفق تماما مع الأدب البيانات1،19، حيث تم إدخال الطاقة من التوربينات راشتون واحدة في 20 لتر1 ول 40 مجلداً العامل19 وقرر، على التوالي. تجدر الإشارة إلى أن أرقام السلطة لنطاق المضطربة هي تصل إلى 25% أقل من تلك المقدمة من البيانات المرجعية من ≈0 ف 4.719 وف0 ≈ 5.51. مباشرة ومع ذلك، غالباً ما يصعب المقارنة نظراً لقياس مختلف التقنيات المستخدمة فضلا عن الانحرافات في معالم هندسية، بما في ذلك نسبة القطر (d/D)، وإزالة بعيداً عن القاع (ضم&/D) وأسفل دبابة و يربك الهندسة. ووجد الباحثون الأخرى استخدام أرقام السلطة التوربينات راشتون في حيرة من السفن في طائفة من 3.6 إلى 5.9، اعتماداً على محرض وهندسة السفن17،،من1821،24، ،من 2729،،من3738. وبالتالي، يمكن القول بأن النتائج الحالية كانت مرضية. في الشكل 4 باء، مقارنة أرقام الطاقة من المفاعلات الحيوية #3 و #4، مع أحجام العمل 1 لتر و 2 لتر على التوالي، إعداد مجموعة واسعة من رينولدز. قيم0 ف محرضين هندسيا مماثلة اثنين انخفضت بشكل مستمر في نطاق المرحلة الانتقالية وأصبحت ثابتة (مفاعل حيوي #3: ف0 = 3.67±0.06؛ مفاعل حيوي #4: ف0 = 4.46±0.05) في الاضطرابات المتقدمة تماما مع إعادة > 10 4، ومعيار الذي ثبت سابقا للتوربينات راشتون وغيرها محرضين38. من المثير للاهتمام، إزاحة ثابتة تقريبا بين الجدولين لوحظ، ويمكن تفسير ذلك بالاختلافات في هندستها السفينة والمكره. على الرغم من أن التكوين المكره في السفينتين مشابه، لم يتسن للحفاظ على جميع المعلمات هندسية ثابتة. على سبيل المثال، مجهز السفينة 1 لتر يحير المضمنة اثنين فقط، بينما السفينة 2 لتر مجهز بثلاثة يحير. فمن المعروف جيدا أن يزيد عدد السلطة كما حققت يحير يزيد، حتى شرط تعزيز حاسم العدد38. وعلاوة على ذلك، قد شكل القرص المكره في سفينة أصغر تعديله ل manufacturability، التي يمكن أن يكون لها تأثير على مدخلات الطاقة. تجدر أيضا أن القيم المقاسة عزم الدوران في السفينة الصغيرة كانت بين 4.2 mN·m و 12.8 mN·m، الذي يقابل فقط تصل إلى 6% من عزم الدوران الاسمية لمقياس عزم الدوران يستخدم فقط. في هذا النطاق، الانحرافات الصغيرة في إشارة قياس يمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتائج. حيث تتوفر أية بيانات مقارنة من القياسات المرجعية، من الصعب استخلاص استنتاجات نهائية بشأن موثوقية القياس بمقياس أصغر المستخدمة في هذه الدراسة، ولا بد من إجراء المزيد من التحقيقات. يبين الشكل 5 خصائص الطاقة الثلاثة المتاحة تجارياً تستخدم مرة واحدة المفاعلات الحيوية بالتحقيق. على النقيض من هذه السفن حيرة، عدد السلطة محرضين تستخدم مرة واحدة انخفض باستمرار على إعداد مجموعة كاملة من رينولدز التحقيق (100 < Re < 3·104)، وتم الحصول على قيم ثابتة لا بسبب دوامة التدريجي تكوين معدلات الإثارة العالية في الأوعية الدموية أونبافليد. وتم الحصول على أرقام الطاقة أعلى من بين ≈0 ف 6 وف0 ≈ 1.8 لمفاعل حيوي #5، التي يتم تحريكها من المكره بليد إشعاعيا ضخ والمكره بليد جزء ضخ محوريا مع ريش 45 ° ضارية. كالمتوقع، وانخفاض الطاقة تم الحصول على الأرقام من بين ف0 ≈ 5.1 وف0 ≈ 1.1 لمفاعل حيوي #7، التي يتم تحريكها بالجزء اثنين بليد الضواغط مع 30 ° ضارية ريش أسفر عن تدفق محوري في المقام الأول. فمن المعروف جيدا أن الدفاعات التدفق المحوري لها أرقام السلطة أصغر من الضواغط بليد التدفق شعاعي بسبب المقاومة تدفق أقل من شفرات ضارية38. تجدر الإشارة إلى أن البيانات التجريبية على مدخلات الطاقة في مفاعل حيوي #7 التي تم الإبلاغ عنها سابقا32 أعلى إلى حد ما (مثل ف0 = 1.9 لإعادة 1.4·10 =4). ومع ذلك، أظهرت البيانات المنشورة سابقا نفس العلاقة ف0 إعادة-0.336 كما تم العثور عليها في هذه الدراسة. تقنيات قياس مختلفة يمكن أن تكون مسؤولة عن مختلف القيم المطلقة. بين المفاعلات الحيوية تستخدم مرة واحدة التحقيق، مفاعل حيوي #6، الذي هو المختلطة بواسطة واحد أسفل قرب المكره البحرية، كان أدنى الأرقام السلطة في نطاق ف0 ≈ 0.8 وف0 ≈ 0.3 (انظر الشكل 5). هذا الإدخال طاقة منخفضة يمكن تفسيره بأرض الملعب المكره منخفضة، حتى ولو أظهر تحليل ديناميات الموائع الحسابية (CFD) مكون تدفق شعاعي مهيمنة بدلاً من ذلك حول ريش المكره39. ويمكن ذكر اتفاق جيد من النتائج الحالية والبيانات المنشورة من سي إف دي نماذج39 وتجارب32 . وأخيراً، استخدم الإعداد قياس للتحقيق في تأثير زاوية القطر وبليد المكره في مفاعل حيوي #7. كما يتبين من الشكل 6، جميع القوى منحنيات إنقاص بشكل مستمر عبر إعداد مجموعة كاملة من رينولدز، كما هو متوقع. وتم الحصول على اختلافات كبيرة بين زوايا بليد اثنين (30° و 45°)، حيث كانت زاوية شفرة أكبر مدخلات الطاقة أعلى (مع 30°: 1.13 < P0 < 4.25 و 45 °: 1.65 < ف0 < 4.46) بغض النظر عن الاضطراب (أي رينولدز عدد). هذا كما هو معروف لشفرة ضارية الكلاسيكية الضواغط40 ويمكن تفسير ذلك مرة أخرى بمقاومة التدفق العالي حول الريش مع درجة أقوى. من المثير للاهتمام، لم يتم اكتشاف لا اختلافات كبيرة في إعداد السلطة بين أقطار المكره اثنين. هذا وقد تبين أيضا الضواغط بليد ضارية، بينما إعداد الطاقة من التدفق شعاعي بليد الضواغط عادة تميل إلى الانخفاض مع ازدياد نسبة د/د40. رقم 1: التخطيطي لإعداد الاختبار. الإعداد يتكون من الخزان (1) خلط، صاحب السفينة (2)، (3) تأثير القفص مع جلبه الهواء، متر (4) عزم الدوران، محرك الأقراص (5)، وتحويل (6) A/D، ووحدة التحكم (7)، (8) أجهزة الكمبيوتر للحصول على البيانات والتحكم. تم توفير الهواء المضغوط (5.5 بار) لجلبه الهواء، حسبما أوصت به الشركة المصنعة. وترد أيضا الأبعاد الهندسية الرئيسية لخزان خلط والمحرض. وقد تم تعديل هذا الرقم من35. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الشكل 2: قياس نموذجي الشخصية مع زيادة تدريجية في سرعة دوران المحرض (أي ن1 < N2 < ن3) في فواصل زمنية دقيقة 5، كما هو مبين بالخطوط العمودية المتقطعة. تمثل الخطوط المتقطعة أفقي فاصل ثقة 5% حول القيم عزم دوران متوسط الوقت لمراحل المناظرة (المشار إليها بواسطة خطوط أفقية صلبة). ولوحظت ذروة القيم خلال الدقيقة الأولى من كل فاصل زمني، الذي يمكن تفسيره بتسارع الأولية من داخل السائل الدبابات ومعرف المنتج على أساس التحكم في سرعة المحرض. لزيادة استخدام التقييم، سوى إشارة عزم الدوران خلال مرحلة مستقرة أو شبه، حيث تراوحت إشارة القياس حول الوسط متوسط قيمة ضمن فاصل الثقة 5%. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الشكل 3: حساب مدخلات الطاقة في مفاعل حيوي #1 كدالة لعدد رينولدز لطراز مختلف وسائل الإعلام- وتم الحصول على الملامح الفردية لكل من وسائل الإعلام نموذج اختبار. الخطوط الصلبة تمثل توقعات النموذج على افتراض ف عثر على إعادة3 واتفاق جيد جداً مع البيانات التجريبية (مع آر2 > 0.99). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الشكل 4: تحديد أرقام القوة كدالة لعدد رينولدز في حيرة الدبابات. (أ) مقارنة البيانات من التوربينات راشتون في الصهاريج الصغيرة والكبيرة (مع 2 لتر و 10 لتر تعمل وحدة التخزين على التوالي) يبين أن الأرقام هو السلطة لظروف مضطربة تماما المساواة بين الجدولين. تم العثور على انحرافات صغيرة لنطاق الانتقالية مع إعادة < 104، حيث زاد عدد السلطة ازداد عدد رينولدز. (ب) المقارنة بين بيانات من المفاعلات الحيوية #3 و #4 يظهر انخفاضا نوعيا مماثلة لأرقام السلطة كعدد رينولدز زيادة حتى يتم الحصول على قيم ثابتة تحت ظروف مضطربة تماما. إظهار أرقام السلطة لمفاعل حيوي ل 1 تقلبات أعلى مقارنة بنظيره 2 L. وتم الحصول على أية بيانات للسفينة 1 لتر لأرقام رينولدز في حدود 550 < < 950 عند استخدام نفس الوسائط النموذجي كما هو الحال في السفينة 2 ل إعادة. يمكن تفسير ذلك بالاختلافات في هندستها السفينة والمحرض الإزاحة كمية بين الجداول أو يمكن أن يكون نتيجة لحساسية أجهزة الاستشعار. يلزم إجراء المزيد من التحقيقات. الخطوط الصلبة تمثل نماذج الانحدار متعدد الحدود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الرقم 5: تحديد أرقام القوة كدالة لعدد رينولدز للمفاعلات الحيوية تستخدم مرة واحدة مختلفة. انخفضت أرقام الطاقة لكل من السفن كأرقام رينولدز زيادة. على النقيض من هذه السفن حيرة، تم الحصول على الأرقام السلطة مستقرة لا سبب تشكيل دوامة التدريجي في معدلات الإثارة العالية في الأوعية الدموية أونبافليد. الخطوط الصلبة تمثل نماذج الانحدار متعدد الحدود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- رقم 6: تحديد أرقام القوة كدالة لعدد رينولدز لإدخال تعديلات مختلفة على مفاعل حيوي #7- تم الحصول على الملامح المميزة زاويتين شفرة مختلفة من 30° و 45°، ولكن لا توجد اختلافات كبيرة بين نسب القطر المكره اثنين (d/D = 0.43 ود/د = 0.57) تم العثور على. إنقاص إعداد كافة التكوينات التي أظهرت استمرار السلطة عبر إعداد مجموعة كاملة من رينولدز التحقيق بسبب تشكيل دوامة التدريجي في معدلات الإثارة العالية في الأوعية الدموية أونبافليد. الخطوط الصلبة تمثل نماذج الانحدار متعدد الحدود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- تركيز السكروز النهائي كثافة السائل ρL Η اللزوجة السائلL عدد رينولدز إعادة (%w/w) (kg·m-3) (mPa·s) (-) 0 998.2 1 11954 20 1081 2 6486 30 1127 3.2 4226 40 1176.4 6.2 2277 50 1231.7 15.5 954 55 1259.8 28.3 534 60 1288.7 58.9 263 الجدول 1: موجز لكثافة السائل واللزوجة لتحديد حلول السكروز على 20 درجة مئوية وعدد رينولدز هو الناتجة عن المكره مع القطر وسرعة دوران تبلغ 60 ملم و 200 لفة في الدقيقة، على التوالي. يتم حساب عدد رينولدز باستخدام مكافئ. 3. الجدول 2: موجز لتفاصيل هندسية للمفاعلات الحيوية التحقيق- اضغط هنا لتحميل هذا الملف.