隨著我國科技的進(jìn)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(jù)室內(nèi)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(lǐng)域沒有過高的潔凈需求，非單向流潔凈室的實際應(yīng)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(jī)流體力學(xué)的不斷進(jìn)步，CFD技術(shù)已經(jīng)成為室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)模擬研究的重要工具，有關(guān)CFD技術(shù)在潔凈室領(lǐng)域應(yīng)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(xué)，是流體力學(xué)的一個分支，簡稱CFD。

CFD是近代流體力學(xué)，數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強(qiáng)大生命力的交叉科學(xué)。

它以電子計算機(jī)為工具，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學(xué)方法，對流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)值實驗、計算機(jī)模擬和分析研究，以解決各種實際問題。

就室內(nèi)實際氣流而言，末端形式、位置及射流參數(shù)決定了室內(nèi)流場分布。

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一、影響因素及其水平設(shè)置

1、末端形式

一般空調(diào)工程中常用的末端形式為方形散流器， 而潔凈空調(diào)系統(tǒng)末端一般采用孔板風(fēng)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(kuò)散。散流器射流擴(kuò)散角常見在40°-50°為宜，具體角度選擇根據(jù)對溫度均勻性和舒適性的要求有所不同。

孔板送風(fēng)口由多股小孔射流匯聚而成，送風(fēng)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(dǎo)流條縫起到類似于散流器的擴(kuò)散作用。

2、回風(fēng)口位置

對6級-7級非單向流潔凈室推薦頂送側(cè)下回、側(cè)送側(cè)回的氣流組織形式。

頂送側(cè)下回風(fēng)的潔凈氣流能夠與室內(nèi)產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)行更好的混合，氣流攜帶顆粒物的作用強(qiáng)于頂送頂排通風(fēng)方式，在實際潔凈室工程中也較為普遍。

采用頂送側(cè)下回風(fēng)，固定送風(fēng)口數(shù)量、位置、尺寸，改變回風(fēng)口位置，設(shè)置單回風(fēng)口，尺寸400mm×600mm，下沿距離地面200mm。

3、換氣次數(shù)

潔凈室內(nèi)新風(fēng)量應(yīng)滿足補償室內(nèi)排風(fēng)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?lián)Q氣次數(shù)的要求。

表1 不同潔凈度等級下的換氣次數(shù)要求

過大的設(shè)計余量雖然可以保障潔凈度，但同時空調(diào)系統(tǒng)能耗增幅巨大。因此在最低換氣次數(shù)要求和設(shè)計換氣次數(shù)之間設(shè)置25次/h、30次/h、35次/h三個水平。

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二、簡化假設(shè)

1、氣體相假設(shè)

（1）流動為穩(wěn)態(tài)流動。

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

（3）不考慮滲漏風(fēng)量，即認(rèn)為除回風(fēng)口、 柜操作口外房間封閉良好。

（4）忽視室內(nèi)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(shè)

（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(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的幾何尺寸，而又遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fēng)口風(fēng)速均勻向下，方形散流器以45°送風(fēng)角向四個方向擴(kuò)散送風(fēng)。

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

風(fēng)速大小由風(fēng)口尺寸和各工況下送風(fēng)量計算得到。

2、發(fā)塵條件

潔凈室主要應(yīng)考慮三個塵源：送風(fēng)中攜帶的顆粒物、室內(nèi)產(chǎn)生的顆粒物與鄰室滲入的顆粒物。

送風(fēng)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(nèi)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(chǎn)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(shè)中忽略了滲漏風(fēng)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(fēng)柜前實驗室操作人員的發(fā)塵基本通過排風(fēng)柜直接排除室外，不會在室內(nèi)停滯，但是會顯著降低進(jìn)入排風(fēng)柜氣流的潔凈度。

若柜內(nèi)實驗或?qū)嶋H對空氣潔凈度有較高要求，則應(yīng)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(fēng)量下，孔板送風(fēng)口下送射流覆蓋區(qū)域內(nèi)形成局部潔凈區(qū)，散流器的擴(kuò)散射流貼附側(cè)壁自上而下，靠側(cè)墻的實驗臺受潔凈氣流沖刷，顆粒物濃度較低。

應(yīng)根據(jù)實際室內(nèi)的關(guān)注區(qū)域與風(fēng)口的相對位 置選擇末端形式。

3、回風(fēng)口位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離排風(fēng)柜，以免匯流相互干擾、降低排風(fēng)柜進(jìn)氣潔凈度；風(fēng)口應(yīng)優(yōu)先布置在房間角落，有利于提高室內(nèi)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(shù)為室內(nèi)平均潔凈度的極顯著影響因素。

若需要提高局部潔凈度，應(yīng)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(nèi)平均潔凈度，應(yīng)優(yōu)先提高換氣次數(shù)。

回風(fēng)口位置對潔凈度的影響與換氣次數(shù)相關(guān)，大換氣次數(shù)下影響比較顯著，回風(fēng)口越接近地面，潔凈度越高。

增大換氣次數(shù)的本質(zhì)是通過增大潔凈空氣的供應(yīng)以稀釋室內(nèi)顆粒物濃度。

非單向流潔凈室中換氣次數(shù)對污染物擴(kuò)散、顆粒物濃度有重要影響。