隨著我國科技的進步，越來越多的行業(yè)對用以研發(fā)、檢測、實驗的潔凈室需求飛速增長。

潔凈室根據室內氣流可分為單向流和非單向流， 潔凈度要求為6級-9級一般采用非單向流。

由于諸多領域沒有過高的潔凈需求，非單向流潔凈室的實際應用非常廣泛，研究非單向流潔凈室合理的氣流組織規(guī)律具有重要意義。

隨著計算機流體力學的不斷進步，CFD技術已經成為室內空氣調節(jié)模擬研究的重要工具，有關CFD技術在潔凈室領域應用的理論也日趨完備。

CFD，英語全稱(Computational Fluid Dynamics），即計算流體動力學，是流體力學的一個分支，簡稱CFD。

CFD是近代流體力學，數值數學和計算機科學結合的產物，是一門具有強大生命力的交叉科學。

它以電子計算機為工具，應用各種離散化的數學方法，對流體力學的各類問題進行數值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。

就室內實際氣流而言，末端形式、位置及射流參數決定了室內流場分布。

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一、影響因素及其水平設置

1、末端形式

一般空調工程中常用的末端形式為方形散流器， 而潔凈空調系統末端一般采用孔板風口或條縫式散流板。

方形散流器散流葉片將氣流向相互垂直的四個方向擴散。散流器射流擴散角常見在40°-50°為宜，具體角度選擇根據對溫度均勻性和舒適性的要求有所不同。

孔板送風口由多股小孔射流匯聚而成，送風方向接近垂直向下。

條縫形散流板在潔凈室中最為常見，中間孔板部分垂直下送，周圍的導流條縫起到類似于散流器的擴散作用。

2、回風口位置

對6級-7級非單向流潔凈室推薦頂送側下回、側送側回的氣流組織形式。

頂送側下回風的潔凈氣流能夠與室內產生的顆粒物進行更好的混合，氣流攜帶顆粒物的作用強于頂送頂排通風方式，在實際潔凈室工程中也較為普遍。

采用頂送側下回風，固定送風口數量、位置、尺寸，改變回風口位置，設置單回風口，尺寸400mm×600mm，下沿距離地面200mm。

3、換氣次數

潔凈室內新風量應滿足補償室內排風和保持正壓值所需的新鮮空氣量之和。對于非單向流潔凈室，表1給出了部分規(guī)范對不同潔凈度下換氣次數的要求。

表1 不同潔凈度等級下的換氣次數要求

過大的設計余量雖然可以保障潔凈度，但同時空調系統能耗增幅巨大。因此在最低換氣次數要求和設計換氣次數之間設置25次/h、30次/h、35次/h三個水平。

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二、簡化假設

1、氣體相假設

（1）流動為穩(wěn)態(tài)流動。

（2）潔凈室內空氣為不可壓縮理想氣體并符合Boussinesq假設，即僅考慮溫度變化引起的密度變化。

（3）不考慮滲漏風量，即認為除回風口、 柜操作口外房間封閉良好。

（4）忽視室內墻壁及發(fā)熱物體的輻射換熱，僅考慮對流換熱。

2、顆粒相假設

（1）顆粒物為直徑 0.5 μm 的球形顆粒。

（2）顆粒相足夠稀疏，可以忽略顆粒間的相互碰撞、凝聚作用引起的變化。

（3）滿足歐拉框架條件，即對于流體相微元尺寸遠遠小于系統的幾何尺寸，而又遠遠大于顆粒尺寸。

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三、邊界條件和發(fā)塵條件

1、速度邊界

孔板型風口風速均勻向下，方形散流器以45°送風角向四個方向擴散送風。

條縫式散流板中部孔板部分邊長占50%，條縫部分以送風角45°向四個方向擴散送風。

風速大小由風口尺寸和各工況下送風量計算得到。

2、發(fā)塵條件

潔凈室主要應考慮三個塵源：送風中攜帶的顆粒物、室內產生的顆粒物與鄰室滲入的顆粒物。

送風顆粒物濃度通過室外顆粒物濃度年平均值和過濾等級確定，取12800pc/m?。

主要考慮的室內塵源為工作人員和地面。工作人員著一般工作服、腕自由運動時產塵量 pc/s。每8m?地面發(fā)塵量可近似取為一個成年人靜 止時的發(fā)塵量105pc/s。

由于假設中忽略了滲漏風量，故不考慮鄰室滲入的顆粒物。

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四、最優(yōu)條件選擇的建議

1、排風柜前實驗室操作人員的發(fā)塵基本通過排風柜直接排除室外，不會在室內停滯，但是會顯著降低進入排風柜氣流的潔凈度。

若柜內實驗或實際對空氣潔凈度有較高要求，則應采用必要的防塵措施， 如穿著防塵工作服、隔塵面罩等。

2、相同風量下，孔板送風口下送射流覆蓋區(qū)域內形成局部潔凈區(qū)，散流器的擴散射流貼附側壁自上而下，靠側墻的實驗臺受潔凈氣流沖刷，顆粒物濃度較低。

應根據實際室內的關注區(qū)域與風口的相對位 置選擇末端形式。

3、回風口位置應盡可能遠離排風柜，以免匯流相互干擾、降低排風柜進氣潔凈度；風口應優(yōu)先布置在房間角落，有利于提高室內平均潔凈度。

4、末端形式為局部區(qū)域潔凈度的極顯著影響因素，換氣次數為室內平均潔凈度的極顯著影響因素。

若需要提高局部潔凈度，應優(yōu)先選用可提高局部潔凈度的末端形式；若需要提高室內平均潔凈度，應優(yōu)先提高換氣次數。

回風口位置對潔凈度的影響與換氣次數相關，大換氣次數下影響比較顯著，回風口越接近地面，潔凈度越高。

增大換氣次數的本質是通過增大潔凈空氣的供應以稀釋室內顆粒物濃度。

非單向流潔凈室中換氣次數對污染物擴散、顆粒物濃度有重要影響。