（1）由稳态向非稳态方向发展 冻干过程中，干燥箱中升华界面处的固一气相变和冷凝器冷管上的气一固相变处都是非稳态温度场和流场，冻干机内气体和水蒸气的流动也是非稳态流动。假定它们是稳态过程，建立的模型肯定与实际情况会有很大的差别，要想建立精确的冻干模型，就必须考虑这些非稳态因素的影响。从国外研究进展可以看出，冻干模型已经由一维稳态向多维非稳态形式转化，比传统的稳态模型精确。但是这些模型还是假设物料内部是处于热平衡状态的。所以这些模型对于描述液态产品和均质的、尺寸单一的固态产品比较精确，对于细胞结构复杂，形状尺寸复杂的生物材料来说，还是不适用的。目前研究生物材料冻干过程保存细胞活性的传热传质理论的人不多，邹惠芬等建立的角膜在冻干过程的传热传质模型是二维非稳态模型[2]，也是假定角膜内部是均质的，有均一的热导率、密度和比热容，表面和界面温度保持不变，没有考虑角膜尺寸的变化。因此，研究者应该尽可能向多维非稳态方向发展，应该考虑到温度场和流场的非稳态特性和相变问题，应使模型更精确、更符合实际情况。要解决这些问题，研究者可将一些比较先进的研究非稳态传热传质的先进理论应用到冻干过程传热传质理论的研究中来。譬如：2003年Lin提出的非平衡相变统一理论证明，传递到相变界面处的热量一部分作为相变潜热引起相变，另一部分转变为水蒸气和干燥混合气体的动量和能量，在有些情况下，不用于相变的这部分热量显得非常重要。冻干过程中，升华界面和冷凝管上都有相变。要想建立准确的冻干模型，这些因素也应该考虑进去。另外，Bird等在20世纪60年代提出的直接模拟蒙特卡罗DSMC（Direct Simulation Monte Carlo）方法，也是研究非稳态热质传递的一种方法，1998年Nance等证明，该方法对于研究稀薄气体的流动传热问题是一种强有力的工具。2004年贺群武等用DSMC方法在给定进出口压力边界条件下，计算研究了壁面温度与流体入口温度不同时，二维Poiseume微通道内气体压力、温度和分子数密度分布规律。当壁面温度高于流体入口温度时，气体与壁面在通道进出口处均存在温差，但其发生机理不同；气体进入通道后压力迅速上升到达峰值，然后再沿程降低，沿程压力偏离线性分布，最大值位于入口的x／L=0.05处；气体可压缩性与稀薄性均得到增强，但压力沿程分布非线性程度增加。冻干过程，正是稀薄气体在各种通道内的流动传热问题，可把DSMC引用到冻干过程的研究中来，建立比较精确地描述冻干过程非稳态热质传递的模型。（2）由宏观向介观方向发展 在宏观领域与微观领域之间，存在着一个近年来才引起人们较大兴趣的介观领域。在这个领域里出现了许多奇异的、崭新的物理性能。介观领域的传热无法用宏观领域的热力学定律描述，也不能用微观领域的统计热力学描述。微尺度效应很快深入到科学技术的各个领域。冻干领域当然也不例外，再加上冻干物料种类的不断增加，如人体组织器官的保存需要保持活性，要研究细胞间的热质传递，冻干法制备金属氧化物和陶瓷纳米粉、药用粉针制剂、粉雾吸入剂的制备等，有必要研究冻干过程中微尺度热质传递。
展开
