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洁净室气流组织模拟评估

2022-09-02 09:23:46

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在工业洁净室的设计、施工和运行过程中,气流组织是影响洁净室成功与否的一个重要因素。良好的气流组织,既能保证房间的洁净度等级,又能有效地避免生产过程中的污染与交叉污染。

在工业洁净室的设计、施工和运行过程中,气流组织是影响洁净室成功与否的一个重要因素。良好的气流组织,既能保证房间的洁净度等级,又能有效地避免生产过程中的污染与交叉污染。 

洁净室如何科学高效设计?  

洁净室在设计环节,房间的气流组织无法直观显示,设计师也无法用肉眼直观地检查气流组织是否合理,光凭经验难免会有不当甚至是错误的设计。面对诸如此类问题,在设计过程中采用CFD软件对洁净室内的气流组织进行仿真模拟和可视化演示,能够提高设计效率,减少设计风险。

  CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学),是利用计算机在虚拟环境下,对空气流动、传/散热和污染等物理现象,进数值模拟计算和可视化展示。

  常用的CFD商业软件有很多种,如Fluent、Phoenics、Airpak、CLABSO等。本文应用CLABSO软件的模拟,探讨、研究了CFD软件在洁净室工程中的应用。

洁净室的气流组织受到多种因素的影响,困扰设计者的主要问题有:

1、送风口形式

送风口选用不同的出风速度、或者采用不同的扩散板形式,会产生不同的房间气流组织效果。因此,哪种形式的送风口更适合用于洁净室,成为困扰设计者的一个首要问题。

CFD软件能对不同的送风口形式进行模拟,通过模拟,能选择找到扩散均匀,效果最好的送风口形式。


图1 高效送风口送风形式


图2  FFU送风形式


2、风口布置

由于送风为射流,其对房间气流组织的影响比回风对气流组织的影响更大。虽然回风对于气流组织的影响较小,但是不合理的回风口布置,也可能造成房间气流组织的不当,此外,房间布局、工艺设备等也会对气流组织产生影响。因此,送风口、回风口的合理布置,以及如何配合房间布局和工艺设备布置,是设计过程中应认真考虑的问题。

借助CFD软件的模拟,对比不同风口布局方案,从而获得气流组织最佳的设计方案。

 

 

图3 洁净室扩散出口送风速度矢量图


如图所示在出风口处布置一圈扩散风口,气流不仅可以垂直向下吹风,还能沿水平方向吹风,水平方向吹出的风经挡板的遮挡和导向作用,也会向下送风。这样增大了顶送洁净气流的作用范围。

图4  出风口加微孔板


 图5 出风口不加微孔板


如图4所示在出风口加微孔铝板,气流整体分布教为均匀。图5所示不加微孔铝板气流直接吹向地板,局部的气流速度较大。两侧高效送风口中间区域会出现气流漩涡,气流会在此积聚产生漩。

3、气流组织对房间洁净度的影响

气流死角(涡流)可能导致局部洁净度不能满足设计要求;不当的气流方向会导致工艺生产受到人员等污染源的威胁。如何保证设计方案能够提供合理的气流组织,并保证房间的洁净度等级,是设计者必须面对的一个问题。

 

 

图6 百级洁净室整体空气龄分析

 图7  百级洁净室截面空气龄分析

                 

利用CFD软件对房间的气流组织进行模拟,进而用于指导房间送设备布局规划。对于房间形状不规则及/或有工艺设备可能会对房间气流组织产生影响的情况,CFD 模拟的意义更大。

 

图8洁净设备与墙附近局部的气流模拟


4、气流组织其他环境参数的影响

在设计条件下房间的温湿度等参数及其均匀性是否满足相关规范的要求,也是在设计过程中困扰设计者的一个难题。

 图9 洁净室压力分布云图

图10 洁净室温度云图


应用CFD软件,可以对洁净室进行温度场和压力场进行模拟,从而用于设计方案验证和优化。

CFD原理及软件介绍

CFD的物理学基础是计算流体力学和计算传热学,其中,最基本的是三大方程——连续性方程、Navier-Stocks方程和能量方程[2]。

其中,连续性方程,描述的是流体的连续性,其数学公式如下:

Navier-Stocks方程,是流体的运动方程,其数学公式如下:

对于没有换热的流体流动,连续性方程和Navier-Stocks方程组合即可全面的描述流体流动。对于有换热的流体流动,需增加能量方程。

上述方程都是偏微分方程,只有一些简单的情形有精确解,对于大多数工程问题,只能采用实验研究或近似解法。数值解法就是一种有效的近似解法,是求解区域中某些特定点的未知量的近似值,这是CFD所采用的方法。

                          

CLABSO软件介绍

Clabso是中源广科自主开发的一款专业面向工程师、设计师和建筑师应用于HVAC领域的研发设计辅助软件。在虚拟环境下,可精确地模拟空气流动、传/散热和污染等物理现象,准确地分析通风系统的空气流动、空气质量、传/散热、污染和舒适度等问题。从而缩短产品设计到制造的转化的时间,并且提高产品的可靠性与成功率。

clabso的使用能够为您提高设计效率、减少设计风险、降低研发成本

作者: 苏州中源广科信息科技有限公司
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洁净室气流组织模拟评估
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