“利用吸收光谱和计算流体动力学测定细长空腔内的蒸汽量”.pdf

1、利用吸收光谱学和计算流体动力学测定细长腔体内的蒸汽量演讲者:Simon Pletzer合作者:Benjamin Lang,Marco Miranda,Alexander Bergmann,and Christoph Hochenauer所属机构:格拉茨技术大学(Technical University of Graz)&W&H公司1概览I.背景II.方法吸收光谱学计算流体动力学III.蒸汽在薄壁管腔中的渗透几何形状 管件结果 原本的 134 C 灭菌循环结果 调整的 134 C 灭菌循环IV.蒸汽在管腔器械中的渗透几何形状 简化的器械结果V.结论2背景管腔盲端空气steam 蒸汽渗透到管腔内部

2、的机制仍未完全理解医疗器械(MD)的几何形状和材料的影响冷凝和再蒸发对蒸汽渗透行为的影响灭菌循环（压力曲线）的影响 目前的监测主要基于CIs/BIs仅在循环完成后才能获得反馈缺乏精确的定量数据 需要新的方法 目标：提高对基本原理的理解优化灭菌循环为制造商的医疗器械设计提供支持3吸收光谱学 吸收光谱学 水蒸气在特定波长下与光发生相互作用发生吸收 强度 减弱(1 0)使用可调谐激光二极管作为光源波长为 1364 nm波长通过电流和温度进行调谐（改变）光电探测器测量减弱后的光强度气室H2O分子01探测器空气分子激光4计算流体动力学为什么我们要在实验之外还使用CFD实验 提供真实数据 但只能在少数几个

3、点进行测量CFD 提供整个区域的信息 可以研究复杂的几何形状管腔盲端实验验证CFD结合：光谱数据确保 CFD 可靠什么是CFD（计算流体动力学）:用于模拟现实生活应用中流体（液体和气体）流动的强大工具 汽车周围的空气动力学、燃烧过程等 蒸汽渗透到腔体内部，包括冷凝效应和蒸发效应6蒸汽渗透薄壁管腔836 mm164 mm激光束视窗加热丝温度传感器测试接口舱体外舱体外部的光学装置加热到140 C(避免冷凝)位于外部 的“管件”加热材料：铝长度：164 mm内径：4 mm.可安装于任何灭菌器通过测试接口研究对象：1米长的管件未經加热的管件内部材料：不锈钢长度：836 mm内径：5 mm壁厚：0.5

4、mm986 mm混合气体管件内部舱体d=5 mm701230200400600800pressure in bartime in s蒸汽渗透薄壁管腔灭菌器台式灭菌器 腔体容积22升灭菌循环通用循环134 C3 次真空阶段 设定点值 0.15巴 和 0.19 巴2 次脉冲注入 设定点值1.4 巴CFD 模拟仅针对管件内部管腔的蒸汽流动比较H2O 摩尔分数ambient pressure0.19 bar1.4 bar0.15压力巴时间 秒周围环境压力8蒸汽渗透薄壁管腔134 C灭菌循环的结果 在深度986 mm处Start Plateau 0.43在灭菌平台期开始时的比较 EXP:0.43 CFD

5、:0.42实验和模拟之间吻合度极高 在整个周期内类似低的蒸汽值也曾在以下文献中报道:“Steam penetration in thin-walled channels and helix shaped Process Challenge Devices”,van Doornmalen et al.(2015)灭菌平台期开始压力9时间 秒压力巴摩尔分数水0.00.51.01.52.02.53.03.50.00.20.40.60.81.00200 400 600 800100012001400pressure in barmole fraction H2O-time in sEXPCFDpres

6、sure蒸汽渗透薄壁管腔Start Plateau 0.73提高蒸汽渗透的可行途径 增加脉冲次数 降低真空设定点的值 提高脉冲注入设定点的值利用分子扩散 压力越低，这种效应越强 类似于使用过氧化氢(H2O2)灭菌引入“PV维持”阶段 在最后一个真空阶段之后 在 0.13 bar 下保持 400 s蒸汽量增加到 0.73(灭菌平台期开始时)相比于原本循环的 0.43 几乎不需要额外的水或能源PV holding灭菌平台期开始压力PV 维持10摩尔分数水压力巴时间 秒蒸汽渗透薄壁管腔结论成功地在1 米长的管件的末端测量出了蒸汽量具有高时间分辨率（了解何时发生什么）实现了定量解析CFD 模型与实验数