随着生物医疗技术的发展,超低温机械手冷库的研发提上了日程。机械手冷库结霜时会出现制冷效率下降,机械手识别错误、运动受阻等问题。本文针对超低温机械手冷库设计一种空气管理系统以减少结霜带来的危害,使用ANSYS Fluent对系统中冷冻除湿和吸附除湿进行数值分析。本文设计并搭建了一种组合式空气除湿系统,对吸附除湿过程进行了实验,实验结果表明吹冷时间不充分会造成吸附塔工作状态切换时出口露点急剧升高,延长吹冷时间可以降低出口露点波动幅度。以冷冻除湿系统蒸发器进口区相邻两个翅片间及制冷剂管道为研究对象,利用ANSYS Fluent结合Lee模型对除湿过程进行数值分析,结果显示管道背风侧存在回流,气流温度更低,凝结相变也主要发生在背风侧。对湿空气进口速度在0.5～2m/s下的相变换热过程进行模拟发现:流速增大,管道和肋片的换热量和换热系数随之增大,出口平均含湿量在进口速度0.5～1.0m/s上升较快,之后上升缓慢。对进口流速为0.5m/s、1.0m/s、1.5m/s,管壁温度分别为268～278K下进行研究发现:低流速下管壁温度对除湿效果的影响要比高流速下的影响更大。本文编写了吸附过程能量和质量传递的UDF,与ANSYS Fluent多孔介质模型耦合,建立绝热、非热平衡、非稳态数学模型。对活性氧化铝吸附除湿过程进行模拟,结果表明:吸附剂的吸附速率随时间增加逐渐下降,吸附饱和之后逐渐丧失吸附能力,出口含湿量在吸附时间2921s发生变化;气固两相温度场不能达到瞬间平衡,离进口越近,温差越大,随着轴向距离的增加,温差减小。对直径为4mm、4.5mm、5.5mm、7mm吸附剂颗粒进行模拟,结果表明颗粒直径越大,吸附剂利用越不均匀,有效吸附时间越短,应优先选择4mm直径的吸附剂。研究吸附温度对吸附性能的影响,通过对比吸附初始温度为290K、320K、340K的模拟结果发现:高温会降低吸附剂吸附性能,使得传质区延长,出口含湿量升高,吸附时将温度维持在280～290K可降低高温带来的影响。吸附塔高径比越小,吸附剂利用越不均匀,有效吸附时间越短。