器内流场特性进行分析，。

在进行模拟过程中，影响流场模拟准确性的因素很多，包括网格大小湍流模型两相间相互作用力模型气泡聚并破碎模型等等，。

对于动物细胞培养，由于生物反应器通气量通常较低，生物反应器的流场特性主要由搅拌决定。

因此，在模型验证阶段，可以用方法获取的单相流流场数据对结果进行验证和优化。

如洪厚生等在搅拌罐中研究了种不同桨叶的流场数值模拟，评估了不同组合下在通气率下的生物反应器的流场特性，并对组搅拌桨组合进行了细胞的培养试验，发现平均剪切率与细胞生长和抗体的表达无显著相关性，而局部最大剪切力越小的搅拌桨组越有利于细胞的生长和抗体的高效表达表和表。

生物反应器内的流场特性是其使用性能的决定因素，通常有两种研究方式。

种是实验方法，如粒子图像测速法研究方法另种是计算流体力学数值模拟方法即通过模型化和试析机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场生物工程论文展计划计划资助。

试析机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场生物工程论文。

本试验细胞在剪切力条件下，细胞的活率下降至，抗体浓度下降至。

结果说明细胞对反应器内的最大剪切力比较敏感，最大剪切过大会使细胞生长受损。

需指出的是，由于该反应器采用的是单管通气，气泡直径较大，而搅拌桨打散气泡的能力较差见图，因此在反应器内气泡聚并和破碎概率较小，且气泡直径较大，在其离开液面。

此外，在实际的剪切敏感型细胞的放大过程中，不同细胞采用的剪切放大参数可能不同，如最大剪切率平均剪切率能量耗散率等且采用传统的经验公式计算得到的单剪切参数通常无法准确描述反应器内的真实剪切环境，。

而通过数值模拟方法对反应器内的剪切环境进行全面评估，并将各剪切参数与细胞培养结果进行关联分析，可以高效确定特定剪切敏感型细胞放大的关键剪切参数和剪切阈值，为大规模生物反应器的度大而产生的剪切效应。

最早报道，只要培养时表面通气避免气泡进入和避免气质界面处气泡的破裂，在搅拌速度至中，种杂交瘤细胞系在不同搅拌速度下生长细胞的存活力和抗体产量是相当的。

但是对于工业规模动物细胞培养如细胞，细胞密度通常大于，必须在培养时进行深层通气，包括空气氧气和等气体。

当气体通入到培养液时，气泡的形成聚并和破碎将对过程产生重要影响。

当生物反应器针对以上常见的种轴流型搅拌桨，分别模拟了种双层搅拌桨组合情况下反应器内的流场情况。

所采用的流场模拟软件为，搅拌桨的旋转采用多重参考系方法进行模拟，计算网格划分采用进行，其中桨区的网格进行局部加密，桨区网格数约万，每个模型总网格数约万。

计算模型采用双流体气液两相模型，湍流模型应用标准ε湍流模型，采用优化的曳力模型对气液相间作用力进行描述，。

气泡的分布采用群平衡模型进行描破碎较少。

本文采用的种轴流桨本身气体分散能力差，且采用单管通气，故呈现气泛特征。

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细胞培养方法分别用设计的生物反应器进行流加批式培养，密度为，恒定转速为，通过气控制系统调节氧分压，保证过程中溶氧在，温度控制在，分别在第天和第天流加培养基，速率约为。

在培养过程中每取样次，流体力学方法对通气条件下种搅拌桨组合在生物反应器内的流场进行数值模拟，并进行细胞培养应用验证，结果如下。

细胞培养方法分别用设计的生物反应器进行流加批式培养，密度为，恒定转速为，通过气控制系统调节氧分压，保证过程中溶氧在，温度控制在，分别在第天和第天流加培养基，速率约为。

在培养过程中每取样次，用于细胞计数等分析。

细胞培养生宁，李超，白力，郭美锦，庄英萍，张嗣良机械搅拌式动物细胞反应器不同桨型组合的数值模拟与优化生物工程学报，基金国家高技术研究与发展计划计划资助。

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针对以上常见的种轴流型搅拌桨，分别模拟了种双层搅拌桨组合情况下反应器内的流场情况。

所采用的流场模拟软件为，搅拌桨的旋转采用多重参考系方法进行模拟，计算网格划分采用进行强混合的方法。

通常，细胞生长的最佳状态时的剪切应力数量级约为，但是，很难通过实验设备来直接测量不同桨叶剪切应力，尤其是大规模生物反应器。

此外，在实际的剪切敏感型细胞的放大过程中，不同细胞采用的剪切放大参数可能不同，如最大剪切率平均剪切率能量耗散率等且采用传统的经验公式计算得到的单剪切参数通常无法准确描述反应器内的真实剪切环境，。

而通过数值模拟方法对反应器内的剪切环境试析机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场生物工程论文用于细胞计数等分析。

细胞培养生物反应器搅拌桨和数值模拟方法动物细胞反应器搅拌桨般采用轴向流而不是径向流搅拌桨，前者具有较低的剪切力和良好的混合性能，符合细胞对剪切力敏感和悬浮培养的特点。

本文选用窄叶变截面螺旋桨式搅拌器斜叶涡轮搅拌器宽叶螺旋桨式搅拌器叶大倾角桨式搅拌器和叶大倾角桨式搅拌器为研究对象，详细结构见图。

反应器底部通过单管进行通同桨型组合得到的速度矢量图气含率分布比较如图所示，所试搅拌桨组合的持气能力都较差，在当前操作条件下均表现为气泛状态。

这与动物细胞反应器的设计原理直接相关细胞对剪切较敏感，搅拌桨和转速的设计过程中需要充分平衡物料混合细胞悬浮剪切和氧传质的关系。

因此设计过程中搅拌桨通常只起细胞悬浮和物料混合的作用，且需控制尽量低的剪切而气液传质或气泡的分散主要通过气体分布器实现，反应器内气泡聚并和利于细胞的生长和抗体的高效表达表和表。

悬浮培养的动物细胞在搅拌条件下由于在生物反应器内的运动而承受较大的剪切力，尤其是经过搅拌桨叶尖线速度大而产生的剪切效应。

最早报道，只要培养时表面通气避免气泡进入和避免气质界面处气泡的破裂，在搅拌速度至中，种杂交瘤细胞系在不同搅拌速度下生长细胞的存活力和抗体产量是相当的。

但是对于工业规模动物细胞培养如细胞，细胞密度通常大于物反应器搅拌桨和数值模拟方法动物细胞反应器搅拌桨般采用轴向流而不是径向流搅拌桨，前者具有较低的剪切力和良好的混合性能，符合细胞对剪切力敏感和悬浮培养的特点。

本文选用窄叶变截面螺旋桨式搅拌器斜叶涡轮搅拌器宽叶螺旋桨式搅拌器叶大倾角桨式搅拌器和叶大倾角桨式搅拌器为研究对象，详细结构见图。

反应器底部通过单管进行通气。

表模拟采用的反应器参数图不，其中桨区的网格进行局部加密，桨区网格数约万，每个模型总网格数约万。

计算模型采用双流体气液两相模型，湍流模型应用标准ε湍流模型，采用优化的曳力模型对气液相间作用力进行描述，。

气泡的分布采用群平衡模型进行描述。

模型残差收敛标准为残差小于且桨叶扭矩和反应器内的气含率达到稳定。

所模拟的动物细胞反应器几何尺寸及操作参数信息如表所示。

图种机械轴流式搅拌桨结果与分析本文采用计算行全面评估，并将各剪切参数与细胞培养结果进行关联分析，可以高效确定特定剪切敏感型细胞放大的关键剪切参数和剪切阈值，为大规模生物反应器的设计和放大提供了种理性的方法。

参考文献周峰，吴骋抗抗体药物的全球市场规模影响因素分析及市场预测中国新药杂志，宋杨单克隆抗体药物生产单元与工程设计分析化工与医药工程，颜旭，张志强，顾承真，等适用于动物细胞培养的搅拌桨及其数值模拟现代化工，丁，必须在培养时进行深层通气，包括空气氧气和等气体。

当气体通入到培养液时，气泡的形成聚并和破碎将对过程产生重要影响。

当生物反应器内流体涡流的不稳定性引起气泡夹带时，在转速时可以观察到细胞损伤，并且在低转速下其涡流的形成取决于生物反应器系统几何形状和细胞悬浮液的体积。

阐明了叶轮类型直径转速和罐直径等参数与细胞损伤的相关性，并提出了种在无挡板生物反应器中增试析机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场生物工程论文和疫苗制备的重要设备。

影响哺乳动物细胞大规模悬浮培养技术应用主要是生物反应器流场特性，尤其是对剪切力高敏感特性的悬浮培养细胞，。

本文对种常见的轴流式搅拌桨的种组合进行了数值模拟，评估了不同组合下在通气率下的生物反应器的流场特性，并对组搅拌桨组合进行了细胞的培养试验，发现平均剪切率与细胞生长和抗体的表达无显著相关性，而局部最大剪切力越小的搅拌桨组越有剪切率尺度和混合时间，并进行实验验证。

但是，该文只是对在单层桨体系不通气和小体积特定条件进行了考察，而在大规模细胞培养时所需要的多搅拌组合条件，即既要满足反应器内培养液混合均匀，又要满足搅拌系统运动时产生尽量小的剪切力，如。

至今尚未有该方面报道。

本试验细胞在剪切力条件下，细胞的活率下降至，抗体浓度下降至。

结果说明细胞对反应器内的最大剪切力值分析对反应器内的流场特性进行研究。

实验方法适用于实验规模的小型反应器研究，且研究方法具有定的限制，如方法仅适用于单向流或者极低气含率条件下的流场研究。

而方法不受反应器大小或操作条件的限制，具有通用性。

但方法的主要问题是建模过程中各种模型或模型参数的选择对结果的影响较大。

实际研究过程中，首先用实验室规模获得的流场数据对模型进行验证和优化，然后用优化的破碎时产生的剪切力较小，因此本文通过模拟并没有考虑气泡离开液面破碎时产生的剪切。

表重组细胞在不同搅拌组合培养结果讨论动物细胞培养生物反应器已经成为现代生物药物如治疗性单克隆抗体和疫苗制备的重要设备。

影响哺乳动物细胞大规模悬浮培养技术应用主要是生物反应器流场特性，尤其是对剪切力高敏感特性的悬浮培养细胞，。

本文对种常见的轴流式搅拌桨的种组合进行了设计和放大提供了种理性的方法。

参考文献周峰，吴骋抗抗体药物的全球市场规模影响因素分析及市场预测中国新药杂志，宋杨单克隆抗体药物生产单元与工程设计分析化工与医药工程，