1前言

潔凈室的相關設計必須是依照所需要的潔凈室標準來進行設計，要明確應用怎樣的回風方法以及多少換氣次數(shù)，對送風風速，回風口等的布局設計，其他配置的分布等等都要給出一定的要求。之前的設計，大部分是參考了以往案例以及工程師的自身經(jīng)歷，往往會造成最終構建完成的潔凈室難以達到所要求的水準。伴隨相關工藝技術的迅速發(fā)展，人們對潔凈室的需求正在日漸提升，不但是處于靜態(tài)狀況下要符合設計要求，在動態(tài)狀況下也須達到設計需要。這就給相關的設計提出了更加高標準的要求，只是參照以往案例以及工程師的自身經(jīng)驗是難以達到的，這就要求設計人員去努力獲取更為有效的輔助工具，而CFD技術或許能夠提供一定的幫助。CFD是指的計算流體動力學。首先是對研究項目構建數(shù)值模型，以獲得所研究項目的連續(xù)性、能量、動量方程等，并對以上模型采取離散化的數(shù)學處理，應用計算機進行相關的求解。從而獲得流體的速度場、溫度場等的分布。之前的研究者使用CFD技術，一般多是用來對相關潔凈室進行模擬與分析，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，然而在實際應用中，還沒有獲得很好的方法。

2問題的提出

首先要構建一個300 m²的實驗室，進行某電子產(chǎn)品的研究。依據(jù)施工工藝規(guī)范，包括IS04級大約12m²，IS05 級大.約50m²，后者還要有兩試驗臺進行間歇排風。此外，所構建的實驗室的房屋高度僅是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、地板隔柵回風的，因此我們首先采用頂棚送風、兩側下部回風的設計。選取這種設計之后，就要思考如何設計實驗室的實際長寬、回風口的布放、送風單元的設計數(shù)目及如何放置、實驗臺的設置等等。此處就基于50m²?IS05級潔凈室的設計，來探討應用CFD技術進行相關的設計。

設計初期，依照規(guī)范標準，在實驗室內(nèi)設置有四個實驗臺，一般是有兩到三名工作人員在這里工作。其中包括了兩個會不定時排放有毒物質(zhì)的實驗臺，這就必須考慮到室內(nèi)有毒物質(zhì)的排放問題，同時又不能干擾到另外的兩個實驗臺的正常工作，在其周圍仍然要確保IS05標準的要求。

3構建模型進行數(shù)值模擬

我們在FLUENT的CFD前處理軟件gambit中構建起相關的模型，并對其采用網(wǎng)格劃分方法。回風口的高度達到50mm，室內(nèi)的實驗臺高度達到1m，排風口則要達到1m，長款2000×300m，室內(nèi)上層是FFU 送風部位，下層有回風口、排風口，中部有兩塊設計為實驗臺。網(wǎng)格劃分時應用非結構網(wǎng)格技術。

接著應用軟件對其進行數(shù)值模擬。首先是靜態(tài)狀況下的模擬。選取三維運算器來計算：選取的解的方法是隱式分離；選取K-ε紊流來進一步分析，FFU送風處設置為進入位置，采取風速為邊界條件，設置風速為0.35m/s，回風口設置為出流位置。研究靜態(tài)狀況下的流場分布，獲得風速分析圖。結果可知，靜態(tài)狀況下，實驗臺上層，空氣流線能夠確保垂直方位，與水平方位的傾斜超過35度，室內(nèi)因為相關實驗人員的走動所造成的粉塵物質(zhì)就不會落于實驗臺面上。此外，還能夠發(fā)現(xiàn)在實驗臺面之上二十米位置，斷面風的風速仍是接近了0.25m/s，確保了對一般污物的管控，而且能夠獲得合理有效的自我潔凈時間。這表明FFU的送風風速的0.35m/s設計是合理的。

4為達IS05級標準對相關設計進行修正

排風口的斷面風速按2m/s考慮。依據(jù)實際情況，設置工作臺面為恒溫熱源，溫度為70℃， 送風溫度20℃。當流場中存在溫度變化時，使用CFD軟件進行計算，選擇能量方程，設置邊界條件為溫度。從而得出結論，試驗臺產(chǎn)生的熱量對整個房間的流場影響很小，僅在桌面處產(chǎn)生微弱小旋渦。說明在這種工況下，實驗過程中產(chǎn)生的熱量對潔凈室內(nèi)氣流組織的影響不大，因此可達到潔凈度的設計要求。開啟排風機后，受到排風干擾，導致工作臺右側的流線發(fā)生了偏轉，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。因此需要在回風處進行修正，以達到潔凈室在動態(tài)工況下滿足設計要求。

由此可知，在動態(tài)狀況下，還是有可能達不到IS05 級的標準。假如要降低流線的傾斜角，需減弱裝置排風時間對主流場的干擾。一種辦法是減少排風口的風速，不過當前的工藝水準要求排風風速必須達到一定風速，這就要求我們?nèi)ハ雱e的方法來限制排風的干擾?？梢栽谂棚L實驗臺的側部加上一面2.2m的板墻，以有效控制其對主流區(qū)產(chǎn)生的影響。墻的下部設計為可調(diào)整的百葉風口，另一邊設置軟圍擋。因為潔凈室的寬度要求，在靜態(tài)狀況下，回風口處的風速大于2m/s，造成實驗臺下會出現(xiàn)速率過大的有害氣旋，導致污染物質(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回風口。

5對修改的設計進行數(shù)值模擬

我們再對修改后的設計進行相應的數(shù)值模擬分析，實驗結果發(fā)現(xiàn)，因為添加了圍擋，相關的氣流偏轉受到了有效的控制。超過百分之六十的流線與水平方位夾角大于65度。如此在動態(tài)狀況下，實驗臺面的潔凈度能夠得到有效保障。在靜態(tài)狀況下，兩面墻上添加回風口后，回風風速可以降低至1.5m/s，實驗臺下的風速也得到控制，潔凈度也能得到一定的保障。

6結論

進過實際測試分析，進行數(shù)值模擬的相關結果與實際結果較為符合。這就表明，應用CFD技術在潔凈室的氣流組織的設計之中，能夠設計出符合標準的潔凈室。CFD 技術在特定動態(tài)狀況的應用中也有著非常好的易用性。CFD技術為設計人員選取最優(yōu)的氣流組織方案，探索熱氣流干擾，以及污染物質(zhì)在實驗室內(nèi)的排放問題等都能起到非常關鍵的作用，其是研究人員進行潔凈室設計的重要工具。

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