东莞市鹏驰净化科技有限公司
       
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百级手术室回风口最佳开孔率的调研


一、前言
 百级净化手术室或制药厂房广泛选用单向流洁净室以造就净化室内环境。流线型平行度做为单向流洁净室的3项特性指标之一,在较大成度上体现了洁净室能够做到的净化效果。单向流洁净室最好的状况是流线型平行,其效用是确保尘源散发出的细颗粒物不作垂直于流向的散播。假如这类散播在容许范围之内,则流线型稍有偏斜都是允许的,那样,针对单向流洁净室就会有1个容许的流线型平行度,按流线型平行度的规定,国内外通常规定气旋偏向角少于或相等二十五度,而IEST规定不超出14度。下面即将探讨的种类为层流天花布满高效过滤器补风,全地面格栅回风的洁净室,地面格栅回风口的开孔率同时影响着气旋平行度,开孔率过大,气旋平行度欠佳,而开孔率过小,风阻较大,孔口处的风量过大,从而造成噪音,耗费能用。ASHRAE规定为防止噪音过大,风量应少于5m/s,在下面探讨的几类工况下(补风速率为0.25m/s,地面开孔率为0.1,0.2,0.3和0.4)孔口速率都达到此标准,因而在此无须考虑到噪音的疑问。因而下面充分考虑气旋平行度、经济性要素,在数值模拟的基本上,融合实测值,得出了不一样净化房间跨距对应的地面回风口开孔率的推荐值,为单向流洁净室的设计和基本建设提供参考资料。
二、物理模型
 下面以长二十五m,净高2.8m,跨距分别为6,12,18和24m的4种垂直线单向流洁净室为物理模型,选用天花布满高效过滤器补风,全地面格栅回风的送回风方式,地面回风静压箱高度为1m。因为下面只对各种各样房间跨距的空态状况做好研究,因而没有考虑到净化室内的设备和人员疑问。下图是跨距为6m的洁净室
三、数学模型及边界条件
 下面选用室内零方程模型,对该类洁净室的空态状况做好了研究。在得出数学模型之前,笔者对所给的物理模型先作适当的简化和假设;
 1、室内气流为不可压缩常物性牛顿流体,稳态流动,并忽略质量力。
 2、室内无内热源,且围护结构绝热,不考虑到能量的变化和影响。
 有了以上的假设以后,下面所使用的数学模型可由以下两个方程组成:
 连续性方程
 动量方程
 边界条件为:补风速率取0.25m/s,回风口和出风口设置为自由出流。
四、数值模拟的结论和分析
 笔者对4种工况下的垂直线单向流洁净室做好了模拟,并研究了其流线型图及工作区(地面以上1-1.5m的地区)的平均气旋偏向角,模拟结论.
 1、跨距为6m的洁净室模拟结论与分析
 由图2能够看出,跨距为6m的洁净室在4种工况下的流线型相差不大,地面格栅回风口以上的地区气旋偏向角广泛较小,由表1也可以看出工作区的平均气旋偏向角都少于14度,即4种工况都达到国内外标准和IEST标准,充分考虑经济问题,笔者认为二种标准跨距为6m的洁净室开孔率推荐值都为0.4.
 2、跨距为12m的洁净室模拟结论与分析
 由图3可见,室内流线型随着地面开孔率的变大,其偏斜成度明显增加,即气旋偏向角不断变大。当开孔率为0.1和0.2时,地面格栅回风口以上的地区气旋偏向角广泛较小。当开孔率为0.3和0.4时,房间下部有些气旋偏向角甚至达到40度左右,因为主要考虑到工作区的气旋偏向角,故由表2可见,4种工况仍能达到IEST和国内外标准,充分考虑经济问题,笔者认为跨距为12m的洁净室开孔率推荐值仍为0.4
 3、跨距为18m的洁净室模拟结论与分析
 由图4可见,随着室内流线型随着地面开孔率的变大,其偏斜成度很明显增加,即气旋偏向角不断变大。当开孔率为0.1时,工作区的气旋偏向角很小,达到IEST和国内外标准的规定。当开孔率变大为0.2,0.3和0.4时,室内气流偏向角明显变大,一部分地区甚至达到60度,超出了二种标准的规定,(可根据鹏驰净化)但是只考虑到工作区的气旋偏向角,由表3可见,只能开孔率为0.1的工况达到IEST的规定,而开孔率为0.1,0.2,0.3的工况都符合国内外标准,考虑到经济要素,认为按照国内外标准,0.3是跨距为18m的洁净室的开孔率推荐值。
 4、跨距为24m的洁净室模拟结论与分析
 由图5可见,随着室内流线型随着地面开孔率的变大其偏斜成度增加的十分明显,即气旋偏向角不断变大。当开孔率为0.1时,工作区的平均气旋偏向角只能10.8度,达到二种标准的规定。但当开孔率变大为0.2,0.3和0.4时,室内气流偏向角明显变大,一部分地区达到70度,工作区的气旋偏向角也都超出了标准的规定。故0.1是二种标准下跨距为24m的洁净室的开孔率推荐值。

5、不一样跨距下工作区平均气流偏向角与地板格栅开孔率的关系
 从图6能够看得出,气流偏向角会受到房间跨距和地板回风口开孔率两方面的影响,当其中1个固定不动,另一个增大时,气流偏向角会随之增大,而且房间跨距或地板回风口开孔率越大,这种增加的区域越明显。
 对于既有的跨距较大的鹏驰净化洁净室,若对地板格栅进行改造,能够依据详细情况提升部分孔板回风口的开孔率以节约人工和财力。除此之外,由于跨距为24m的洁净室地板回风口采用满布情况会耗费财力,故从节约投资的角度看,能够采用分散布置孔板回风口,适当提升格栅开孔率的方法来减小气流偏向角,以达到同样好的洁净效果。假如条件允许,也可以在房间中心增加一条回风通道,变向的减少房间跨距,从而使地板格栅的开孔率增大,从长远考虑,能够在保证不错洁净度的基本上节约耗能。
五、实验验证
 2010年7月,对跨距为24m的某百级电子洁净厂房进行了现场测试和数值模拟,实测中以3m为间距在距地1.5m高度均匀布点,利用泗县逐点测出各测点的丝线飘动角度,即量出各测点的气流偏向角,模拟结果和实测数据吻合良好,由于模型简化和丝线重力等缘故可能造成模拟结果和实测数据之间存在某些差异,但基本无太大影响。从气流偏向角的模拟值和实测值看,气流偏向角普遍偏大,在8-85度之间,有些甚至接近90度,严重影响了电子产品的合格率,故需对其气流组织进行优化改进。由于房间跨距较大,所以该洁净室原方案采取分散布置孔板回风口的方法,回风口位置的不合理也可能会导致气流平行度较差,仅仅笔者依据模拟发现,单纯调整回风口的位置对部分流线的偏向角能够起到一定的作用,但从总体效果看,不能根本改进气流偏移的现状,这种改进方法只能起到微调作用,能够作为气体改进方法的补充。依据考察,此洁净室的地板回风口开孔率为0,4,阻力很小,造成回风静压箱内压力分布不均,使得各回风口回风量的差异很大,故气流偏向角过大的缘故主要在于是回风口阻力过小,文中主要讨论依据增大回风口阻力来改进室内气流偏向角,该方法虽然能够有效减小气流偏向角,仅仅假如全方位增大回风口阻力将使改造量较大,依据现场实测的结果是,仅仅距回风夹墙较近的5m区域内,回风口内外静压箱较大,因此,从减少改造工作量的角度,能够在部分增大回风口的阻力。
 依据第3.4节中提到的跨距为24m洁净室地板回风口满布时推荐开孔率为0.1,从节约投资的角度看,能够依据详细情况适度提升部分孔板回风口的开孔率来减小气流偏向角,以达到不错的洁净效果。所以在数值模拟中,笔者将距两边回风夹墙5m内的回风扣的开孔率设定为0.15,模拟结果显示增大部分阻力后气流偏向角明显减小,能满足规范的标准,在现场以数值模拟结果为指导,对孔板开孔率进行了调整,经过现场实测发现各点偏向角平均值从51度降低到19度。改进前后的模拟结果和实测值见图7.
 通风队格栅开孔率进行部分调整,气流偏向角明显减小,改进前后气流偏向角的对比结果如表5所示。从计算看,气流偏向角超过25度的测点由60%下降到8.8%,气流偏向角的平均值减小到14度,基本可以满足采用标准。
六、结论
 1、用CFD方法对不一样跨距百级洁净室在不一样地板回风口开孔率情况下的流场进行模拟分析,能够有效的预测洁净室内流场的分布情况,从而得出百级洁净室地板回风口的推荐开孔率,为以后百级洁净室的设计和建设提供可供参考的建议。不一样跨距的百级洁净室所对应的地板回风口最佳开孔率如表6所示。
 2、从每一种工况下的流线图都可以看得出步骤具备下述特性:流场两边外缘处流线和中心地带流线近似垂直,而在1/4室宽处最先出现弯曲流线,从此向两边流线垂直单向性越来越好。
 3、气流偏向角会受到房间跨距和地板回风口开孔率两方面因素的影响,当其中1个固定不动,另一个增大时,气流偏向角会随之增大,而且房间跨距或地板回风口开孔率越大,这种增加的趋势越明显。
 4、文中仅仅依据数值模拟给出不一样房间跨距所对应开孔率的推荐值,在以后的洁净室改造和建设中,还应结合实际情况采用相应的措施。

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