1前言
潔凈室的相關(guān)設(shè)計(jì)必須是依照所需要的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要明確應(yīng)用怎樣的回風(fēng)方法以及多少換氣次數(shù)，對(duì)送風(fēng)風(fēng)速，回風(fēng)口等的布局設(shè)計(jì)，其他配置的分布等等都要給出一定的要求。之前的設(shè)計(jì)，大部分是參考了以往案例以及工程師的自身經(jīng)歷，往往會(huì)造成最終構(gòu)建完成的潔凈室難以達(dá)到所要求的水準(zhǔn)。伴隨相關(guān)工藝技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)潔凈室的需求正在日漸提升，不但是處于靜態(tài)狀況下要符合設(shè)計(jì)要求，在動(dòng)態(tài)狀況下也須達(dá)到設(shè)計(jì)需要。這就給相關(guān)的設(shè)計(jì)提出了更加高標(biāo)準(zhǔn)的要求，只是參照以往案例以及工程師的自身經(jīng)驗(yàn)是難以達(dá)到的，這就要求設(shè)計(jì)人員去努力獲取更為有效的輔助工具，而CFD技術(shù)或許能夠提供一定的幫助。CFD是指的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。首先是對(duì)研究項(xiàng)目構(gòu)建數(shù)值模型，以獲得所研究項(xiàng)目的連續(xù)性、能量、動(dòng)量方程等，并對(duì)以上模型采取離散化的數(shù)學(xué)處理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的求解。從而獲得流體的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等的分布。之前的研究者使用CFD技術(shù)，一般多是用來(lái)對(duì)相關(guān)潔凈室進(jìn)行模擬與分析，看重的是其理論.研究效果，而且主要面向的是某些特殊的靜態(tài)模型，然而在實(shí)際應(yīng)用中，還沒(méi)有獲得很好的方法。
2問(wèn)題的提出
首先要構(gòu)建一個(gè)300 m2的實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行某電子產(chǎn)品的研究。依據(jù)施工工藝規(guī)范，包括IS04級(jí)大約12m2，IS05 級(jí)大.約50m2，后者還要有兩試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行間歇排風(fēng)。此外，所構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室的房屋高度僅是3.5m，梁底高僅是2.95m，這么低的高度，是難以采用規(guī)范的頂棚送風(fēng)、地板隔柵回風(fēng)的，因此我們首先采用頂棚送風(fēng)、兩側(cè)下部回風(fēng)的設(shè)計(jì)。選取這種設(shè)計(jì)之后，就要思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際長(zhǎng)寬、回風(fēng)口的布放、送風(fēng)單元的設(shè)計(jì)數(shù)目及如何放置、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)置等等。此處就基于50m2?IS05級(jí)潔凈室的設(shè)計(jì)，來(lái)探討應(yīng)用CFD技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)初期，依照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置有四個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，一般是有兩到三名工作人員在這里工作。其中包括了兩個(gè)會(huì)不定時(shí)排放有毒物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，這就必須考慮到室內(nèi)有毒物質(zhì)的排放問(wèn)題，同時(shí)又不能干擾到另外的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的正常工作，在其周圍仍然要確保IS05標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3構(gòu)建模型進(jìn)行數(shù)值模擬
我們?cè)?/span>FLUENT的CFD前處理軟件gambit中構(gòu)建起相關(guān)的模型，并對(duì)其采用網(wǎng)格劃分方法?；仫L(fēng)口的高度達(dá)到50mm，室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)高度達(dá)到1m，排風(fēng)口則要達(dá)到1m，長(zhǎng)款2000×300m，室內(nèi)上層是FFU 送風(fēng)部位，下層有回風(fēng)口、排風(fēng)口，中部有兩塊設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)臺(tái)。網(wǎng)格劃分時(shí)應(yīng)用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)。
接著應(yīng)用軟件對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。首先是靜態(tài)狀況下的模擬。選取三維運(yùn)算器來(lái)計(jì)算：選取的解的方法是隱式分離；選取K-ε紊流來(lái)進(jìn)一步分析，FFU送風(fēng)處設(shè)置為進(jìn)入位置，采取風(fēng)速為邊界條件，設(shè)置風(fēng)速為0.35m/s，回風(fēng)口設(shè)置為出流位置。研究靜態(tài)狀況下的流場(chǎng)分布，獲得風(fēng)速分析圖。結(jié)果可知，靜態(tài)狀況下，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上層，空氣流線能夠確保垂直方位，與水平方位的傾斜超過(guò)35度，室內(nèi)因?yàn)橄嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)人員的走動(dòng)所造成的粉塵物質(zhì)就不會(huì)落于實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上。此外，還能夠發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面之上二十米位置，斷面風(fēng)的風(fēng)速仍是接近了0.25m/s，確保了對(duì)一般污物的管控，而且能夠獲得合理有效的自我潔凈時(shí)間。這表明FFU的送風(fēng)風(fēng)速的0.35m/s設(shè)計(jì)是合理的。
4為達(dá)IS05級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正
排風(fēng)口的斷面風(fēng)速按2m/s考慮。依據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置工作臺(tái)面為恒溫?zé)嵩矗瑴囟葹?/span>70℃， 送風(fēng)溫度20℃。當(dāng)流場(chǎng)中存在溫度變化時(shí)，使用CFD軟件進(jìn)行計(jì)算，選擇能量方程，設(shè)置邊界條件為溫度。從而得出結(jié)論，試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生的熱量對(duì)整個(gè)房間的流場(chǎng)影響很小，僅在桌面處產(chǎn)生微弱小旋渦。說(shuō)明在這種工況下，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量對(duì)潔凈室內(nèi)氣流組織的影響不大，因此可達(dá)到潔凈度的設(shè)計(jì)要求。開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)后，受到排風(fēng)干擾，導(dǎo)致工作臺(tái)右側(cè)的流線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，60%以上的流線與水平方向的傾斜角度范圍內(nèi)流線與x軸夾角分布圖小于65度，這樣塵粒就有可能沿著垂直于流線地方向傳播，破壞了垂直流潔凈室的凈化效果。因此需要在回風(fēng)處進(jìn)行修正，以達(dá)到潔凈室在動(dòng)態(tài)工況下滿足設(shè)計(jì)要求。
由此可知，在動(dòng)態(tài)狀況下，還是有可能達(dá)不到IS05 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。假如要降低流線的傾斜角，需減弱裝置排風(fēng)時(shí)間對(duì)主流場(chǎng)的干擾。一種辦法是減少排風(fēng)口的風(fēng)速，不過(guò)當(dāng)前的工藝水準(zhǔn)要求排風(fēng)風(fēng)速必須達(dá)到一定風(fēng)速，這就要求我們?nèi)ハ雱e的方法來(lái)限制排風(fēng)的干擾。可以在排風(fēng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的側(cè)部加上一面2.2m的板墻，以有效控制其對(duì)主流區(qū)產(chǎn)生的影響。墻的下部設(shè)計(jì)為可調(diào)整的百葉風(fēng)口，另一邊設(shè)置軟圍擋。因?yàn)闈崈羰业膶挾纫?，在靜態(tài)狀況下，回風(fēng)口處的風(fēng)速大于2m/s，造成實(shí)驗(yàn)臺(tái)下會(huì)出現(xiàn)速率過(guò)大的有害氣旋，導(dǎo)致污染物質(zhì)的積累，為確保室內(nèi)的潔凈要求，需在另兩邊的墻上增設(shè)回風(fēng)口。
5對(duì)修改的設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)值模擬
我們?cè)賹?duì)修改后的設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值模擬分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樘砑恿藝鷵?，相關(guān)的氣流偏轉(zhuǎn)受到了有效的控制。超過(guò)百分之六十的流線與水平方位夾角大于65度。如此在動(dòng)態(tài)狀況下，實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的潔凈度能夠得到有效保障。在靜態(tài)狀況下，兩面墻上添加回風(fēng)口后，回風(fēng)風(fēng)速可以降低至1.5m/s，實(shí)驗(yàn)臺(tái)下的風(fēng)速也得到控制，潔凈度也能得到一定的保障。
6結(jié)論
進(jìn)過(guò)實(shí)際測(cè)試分析，進(jìn)行數(shù)值模擬的相關(guān)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果較為符合。這就表明，應(yīng)用CFD技術(shù)在潔凈室的氣流組織的設(shè)計(jì)之中，能夠設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室。CFD 技術(shù)在特定動(dòng)態(tài)狀況的應(yīng)用中也有著非常好的易用性。CFD技術(shù)為設(shè)計(jì)人員選取最優(yōu)的氣流組織方案，探索熱氣流干擾，以及污染物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的排放問(wèn)題等都能起到非常關(guān)鍵的作用，其是研究人員進(jìn)行潔凈室設(shè)計(jì)的重要工具。
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