基于正交法及Kriging模型的生物反应器搅拌桨优化设计

作     者：李树勋 马廷前 胡迎港 于孟瑶 刘斌才 Shuxun LI;Tingqian MA;Yinggang HU;Mengyao YU;Bincai LIU

作者机构：兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 机械工业泵及特殊阀门工程研究中心甘肃兰州730050 

出 版 物：《过程工程学报》 (The Chinese Journal of Process Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第4期

页      面：523-533页

核心收录：

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主　　题：搅拌桨 生物反应器 优化设计 正交法 Kriging模型 

摘      要：针对搅拌桨标准中设计参数区间大,生物反应器搅拌桨设计时参数难以确定、剪切力及搅拌功率缺少参考依据的问题。基于正交法及CFD对200 L生物反应器搅拌桨进行优化,由极差分析得到三斜叶桨不同搅拌桨直径、桨叶宽度、搅拌桨中心离底距离和转速对桨叶剪切速率和搅拌功率的影响规律,并结合流场分析选择有利于细胞培养的设计方案。根据正交优化方案确定多目标优化变量区间,以剪切力和搅拌功率为优化目标,基于Kriging模型和多目标遗传算法提出了有利于细胞培养的三斜叶桨设计变量区间,并优化得到桨叶平均剪切力为0.789 Pa、搅拌功率为0.395 W的搅拌桨最优参数组合,为生物反应器不同实际需求下的设计、优化提供了方法及数据参考。