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影响洁净室颗粒物浓度的重点因素

               
发布时间:2020-05-11 9:08:43 星期一
摘要:

随着我国科技的进步,越来越多的行业对用以研发、检测、实验的洁净室需求飞速增长。 洁净室根据室内气流可分为单向流 […]

随着我国科技的进步,越来越多的行业对用以研发、检测、实验的洁净室需求飞速增长。

洁净室根据室内气流可分为单向流和非单向流, 洁净度要求为6级-9级一般采用非单向流。

由于诸多领域没有过高的洁净需求,非单向流洁净室的实际应用非常广泛,研究非单向流洁净室合理的气流组织规律具有重要意义。

随着计算机流体力学的不断进步,CFD技术已经成为室内空气调节模拟研究的重要工具,有关CFD技术在洁净室领域应用的理论也日趋完备。

CFD,英语全称(Computational Fluid Dynamics),即计算流体动力学,是流体力学的一个分支,简称CFD。

CFD是近代流体力学,数值数学和计算机科学结合的产物,是一门具有强大生命力的交叉科学。

它以电子计算机为工具,应用各种离散化的数学方法,对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究,以解决各种实际问题。

就室内实际气流而言,末端形式、位置及射流参数决定了室内流场分布。

 

一、影响因素及其水平设置

1、末端形式

一般空调工程中常用的末端形式为方形散流器, 而洁净空调系统末端一般采用孔板风口或条缝式散流板。

方形散流器散流叶片将气流向相互垂直的四个方向扩散。散流器射流扩散角常见在40°-50°为宜,具体角度选择根据对温度均匀性和舒适性的要求有所不同。

孔板送风口由多股小孔射流汇聚而成,送风方向接近垂直向下。

条缝形散流板在洁净室中最为常见,中间孔板部分垂直下送,周围的导流条缝起到类似于散流器的扩散作用。

2、回风口位置

对6级-7级非单向流洁净室推荐顶送侧下回、侧送侧回的气流组织形式。

顶送侧下回风的洁净气流能够与室内产生的颗粒物进行更好的混合,气流携带颗粒物的作用强于顶送顶排通风方式,在实际洁净室工程中也较为普遍。

采用顶送侧下回风,固定送风口数量、位置、尺寸,改变回风口位置,设置单回风口,尺寸400mm×600mm,下沿距离地面200mm。

3、换气次数

洁净室内新风量应满足补偿室内排风和保持正压值所需的新鲜空气量之和。对于非单向流洁净室,表1给出了部分规范对不同洁净度下换气次数的要求。

表1 不同洁净度等级下的换气次数要求

过大的设计余量虽然可以保障洁净度,但同时空调系统能耗增幅巨大。因此在最低换气次数要求和设计换气次数之间设置25次/h、30次/h、35次/h三个水平。

 

二、简化假设

1、气体相假设

(1)流动为稳态流动。

(2)洁净室内空气为不可压缩理想气体并符合Boussinesq假设,即仅考虑温度变化引起的密度变化。

(3)不考虑渗漏风量,即认为除回风口、 柜操作口外房间封闭良好。

(4)忽视室内墙壁及发热物体的辐射换热,仅考虑对流换热。

2、颗粒相假设

(1)颗粒物为直径 0.5 μm 的球形颗粒。

(2)颗粒相足够稀疏,可以忽略颗粒间的相互碰撞、凝聚作用引起的变化。

(3)满足欧拉框架条件,即对于流体相微元尺寸远远小于系统的几何尺寸,而又远远大于颗粒尺寸。

 

三、边界条件和发尘条件

1、速度边界

孔板型风口风速均匀向下,方形散流器以45°送风角向四个方向扩散送风。

条缝式散流板中部孔板部分边长占50%,条缝部分以送风角45°向四个方向扩散送风。

风速大小由风口尺寸和各工况下送风量计算得到。

2、发尘条件

洁净室主要应考虑三个尘源:送风中携带的颗粒物、室内产生的颗粒物与邻室渗入的颗粒物。

送风颗粒物浓度通过室外颗粒物浓度年平均值和过滤等级确定,取12800pc/m?。

主要考虑的室内尘源为工作人员和地面。工作人员着一般工作服、腕自由运动时产尘量 pc/s。每8m?地面发尘量可近似取为一个成年人静 止时的发尘量105pc/s。

由于假设中忽略了渗漏风量,故不考虑邻室渗入的颗粒物。

 

四、最优条件选择的建议

1、排风柜前实验室操作人员的发尘基本通过排风柜直接排除室外,不会在室内停滞,但是会显著降低进入排风柜气流的洁净度。

若柜内实验或实际对空气洁净度有较高要求,则应采用必要的防尘措施, 如穿着防尘工作服、隔尘面罩等。

2、相同风量下,孔板送风口下送射流覆盖区域内形成局部洁净区,散流器的扩散射流贴附侧壁自上而下,靠侧墙的实验台受洁净气流冲刷,颗粒物浓度较低。

应根据实际室内的关注区域与风口的相对位 置选择末端形式。

3、回风口位置应尽可能远离排风柜,以免汇流相互干扰、降低排风柜进气洁净度;风口应优先布置在房间角落,有利于提高室内平均洁净度。

4、末端形式为局部区域洁净度的极显著影响因素,换气次数为室内平均洁净度的极显著影响因素。

若需要提高局部洁净度,应优先选用可提高局部洁净度的末端形式;若需要提高室内平均洁净度,应优先提高换气次数。

回风口位置对洁净度的影响与换气次数相关,大换气次数下影响比较显著,回风口越接近地面,洁净度越高。

增大换气次数的本质是通过增大洁净空气的供应以稀释室内颗粒物浓度。

非单向流洁净室中换气次数对污染物扩散、颗粒物浓度有重要影响。

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