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洁净室空气流组织方式
1.水平流（horizontalflow）：水平流是指洁净室内的空气流动方向与地面平行。
空气从洁净室的一侧进入，通过过滤设
备进一步净化，然后以相对均匀的速度横向流动，最后从洁净
室的另一侧排出。
水平流的特点是空气速度较低，净化效果相
对较好，适用于对空气质量要求较高的场所，如微电子制造、
生物制药等领域。
2.垂直流（verticalflow）：垂直流是指洁净室内的空气流
动方向与地面垂直。
空气从洁净室的顶部进入，通过过滤设备
净化后，以相对较高的速度下沉，然后经过地面的回收系统进
行回收循环，形成垂直循环流动。
垂直流的特点是空气速度较高，能够有效控制微尘、颗粒物的悬浮和沉降，适用于对气溶
胶粒子要求严格的场所，如电子组装、手术室等。
3.混合流（mixedflow）：混合流是指洁净室内的空气流动
方式综合了水平流和垂直流的特点。
空气从洁净室的一侧进入，经过过滤设备净化后，以一定速度沿着墙壁流动，然后再向上
或向下循环流动，形成混合流动。
混合流的特点是空气速度较高，且具有较强的湿度均匀性和控制能力，适用于对温度、湿
度要求较高的场所，如制药、实验室等。
洁净室典型气流组织特性模拟作者：李九如李想陈巨辉董喜欣辛孟怡来源：《哈尔滨理工大学学报》2018年第06期摘;要：为了研究洁净室典型气流组织特性，现选取人走动扬尘/门侵入污染物分别作为室内散发污染源和室外侵入污染源的典型污染源，以尘埃为室内污染物，建立了洁净室人走动扬尘/门侵入污染物的数学模型和物理模型。
采用ANSYS/Fluent软件模拟的方法，对动态洁净室两种典型气流组织形式工作面的速度场特性、污染物浓度场分布特性以及人走动扬尘/门侵入污染物对浓度场的影响特性进行模拟。
模拟结果表明，侧送侧回气流组织形式优于上送侧回气流组织形式。
关键词：数值模拟;多相流;气流组织;速度场;浓度场DOI：10.15938/j.jhust.2018.06.005中图分类号： TK229文献标志码： A文章编号： 1007-2683（2018）06-0024-05Abstract：In order to study the clean room air distribution for typical characteristics.The dust raised by moving people and the dust coming into the room through the door are modeled as in-room dust source and outdoor dust source respectively.;Treating the dust as source of pollution;the mathematical model and the physical model are built regarding dust raising process by moving people in the clean room and dust penetrating process through the door.;Adopt the method of ANSYS/Fluent software simulation;the effects of velocity component;distribution of pollutant and dust raised by moving people and dust coming into through the door on the characteristics of concentration distribution are investigated.;The simulation results showed that the side-feeding-and-side-returning pattern is better than the top-feeding-and-side-returning pattern.Keywords：numerical simulation; multiphase flow; air distribution; velocity field; concentration field0;引;言空气洁净技术广泛用于电子信息、航空航天、精密仪器等精密制造领域[1]。
洁净室工作原理
洁净室的工作原理主要是通过控制室内空气中的尘粒、细菌、病毒等污染物，使室内环境达到一定的洁净度和卫生标准。
以下是洁净室的工作原理：
1.空气净化：洁净室内的空气净化系统主要包括空气过滤器、臭氧发生
器、紫外线杀菌灯等设备。
通过这些设备的使用，可以有效地去除空气中的尘埃、细菌、病毒等污染物，保证室内空气的洁净度。
2.气流组织：洁净室内的气流组织主要是通过送风口和回风口来控制。
送
风口将经过处理的空气以一定的速度和方向送入室内，回风口则将室内的空气排出。
这种气流组织可以保证室内空气的循环和净化，避免死角和涡流的出现。
3.压差控制：洁净室内的压差控制主要是通过控制室内不同区域的压力差
来实现。
一般来说，洁净室的压力要比室外高一些，这样可以防止室外污染空气进入室内。
同时，室内不同区域的压力差也可以防止污染物在室内扩散。
4.人员管理：洁净室的人员管理也是非常重要的。
进入洁净室的人员需要
经过严格的清洁和消毒处理，避免将污染物带入室内。
同时，人员也需要遵守洁净室的各项规定和操作规程，保证室内环境的稳定和洁净度。
总之，洁净室的工作原理是通过空气净化、气流组织、压差控制和人员管理等多方面的措施，实现室内环境的洁净度和卫生标准。
洁净室空间气流组织设计方案洁净室是一种具有特殊环境要求的生产和实验场所，其主要目的是通过控制环境中的颗粒物、微生物和化学污染物的浓度，以确保产品的质量和安全性。
空气流动是洁净室内部环境控制的重要因素之一，合理的空气流动组织设计可以有效地控制颗粒物和微生物的传播，保持洁净室内的净化水平。
在设计洁净室空气流动组织方案时，通常需要考虑以下几个关键因素：1.空气流动方向：洁净室的空气流动方向主要有垂直流和水平流两种。
垂直流指的是从天花板向地面的垂直气流，适用于对物体表面清洁要求较高的场所；水平流指的是水平方向的气流，适用于人员操作区域较大的场所。
根据洁净室的具体需求和工艺要求，选择合适的空气流动方向。
2.空气流速：空气流速是指空气在洁净室内的运动速度，通常以立方米/小时为单位表示。
根据洁净室的净化等级要求，选择适当的空气流速可以有效地控制颗粒物的扩散和沉积。
一般情况下，洁净室内装置设备和人员操作区域的空气流速应该不低于0.3m/s。
3.排风设计：洁净室内的排风系统是保持空气流动的重要组成部分。
通过合理的排风设计，可以有效地去除洁净室内产生的污染物和热量，保持较好的空气质量和温湿度条件。
排风系统应具备足够的风量和恰当的排气口位置，以实现洁净室内部的负压和恒定的空气流动。
4.过滤系统：洁净室内空气质量的控制主要依靠过滤系统。
过滤系统主要由初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器组成，可以有效地去除空气中的颗粒物和微生物。
根据洁净室的净化要求和空气流动特点，合理选择过滤器的等级和数量。
5.空气循环方式：洁净室内的空气循环方式通常有两种，一种是单向流动，即空气从一个方向进入和排出，保持流线型的空气流动；另一种是混合循环，即空气从多个方向进入和排出，形成交叉和混合的空气流动。
根据洁净室的工艺要求和空间布局，选择合适的空气循环方式。
综上所述，洁净室空气流动组织设计方案需要综合考虑空气流动方向、空气流速、排风设计、过滤系统和空气循环方式等因素，以实现对洁净室内环境的有效控制和净化。
如何进行洁净室的气流组织设计
为保证室内空气的温度、湿度、流速及洁净度等满足工艺要求和人员的舒适度要求，就必须设计合理的气流组织，使室内空气的流动符合洁净室设计要求。
洁净室气流组织洁净室按气流组织可以分为以下四类：单向流洁净室、非单向流洁净室（又称：乱流洁净室）、辐（矢）流洁净室、混合流（局部单向流)洁净室。
洁净室的气流组织与一般空调的气流组织方式不同。
而洁净室气流组织的主要任务，是供给足量的清洁空气，稀释并替换室内所产生的污染物质，使室内洁净度保持在允许范围之内。
一般空调房间多采用乱流度大的气流组织形式，利用较少的通风量尽可能提高室内的温、湿度场的均匀程度，使送风与室内空气充分混合，形成均匀的温度场和速度场。
因此，洁净室气流组织设计应遵循以下一般原则：
1、要求送入洁净室的洁净气流扩散速度快、气流分布均匀，尽快稀释室内含有污染源所散发的污染物质的
空气，维持生产环境所要求的洁净度。
2、使散发到洁净室的污染物质能迅速排出室外，尽量避免或减少气流涡流和死角，缩短污染物质在室内的滞留时间，降低污染物质与产品的接触几率。
3、满足洁净室内温度、湿度等空调送风要求和人的舒适要求。
洁净室气流组织的设计
洁净室的气流组织与一般空调房间的气流组织有明显的不同，因为不但要考虑维持室内温度、湿度的要求，还要考虑室内污染源扩散及维持生产环境洁净度的要求。
基本气流流型有：单向流、非单向流、混合流等三种基本形式。
单向流：是从室内的送风侧平稳地流向其相对应的回风一侧，单向流能保证室内洁净度较好，但是工程造价高和运行费用也较高。
一般用于空气洁净度等级在1～5 级的洁净室。
如：药房、医院、手术室等场所。
1、非单向流流型是以不均匀气流分布方式，其速度方向在洁净室内不同点是不同的，是实际应用中最多的一种形式，采用下送风时，在实际工程中，一般设置送、回风口来弥补气流分布不均匀的现象。
一般用于空气洁净度等级为6～9 级的场所。
2、将非单向流和单向流在同一洁净室内组合使用的气流形式及为混合流，一般用于室内需要空气洁净度严格的部位采用单向流，其它采用非单向流，这种型式可节省工程造价，又能够满足局部洁净度要求较高的场所。
3、洁净室在工程设计时应考虑维持室内一定的压差，在工业洁净室和一自然风光场所及维持正压差，但对于有毒、有害气体等污染较大的空间要维持负压差。
《洁净厂房设计规范》中要求，不同等级的洁净室以及非洁净区与洁净区之间的压差应小于5 Pa,洁净室与室外的压差应不小于10Pa。
在工程中维持压差的送风量确定多采用换气次数法进行估算：换气次数一般按下述经验
数据进行确定。
①、压差值为5Pa时，压差风量相应的换气次数为1～2h
②、压差值为10 Pa 时，压差风量相应的换气次数为2～4h。
洁净室气流组织设计要点为保证室内空气的温度、湿度、流速及洁净度等满足工艺要求和人员的舒适度要求，就必须设计合理的气流组织，使室内空气的流动符合洁净室设计要求。
洁净室的气流组织与一般空调的气流组织方式不同。
洁净室气流组织的主要任务，是供给足量的清洁空气，稀释并替换室内所产生的污染物质，使室内洁净度保持在允许范围之内。
而一般空调房间多采用乱流度大的气流组织形式，利用较少的通风量尽可能提高室内的温、湿度场的均匀程度，使送风与室内空气充分混合，形成均匀的温度场和速度场。
因此，洁净室气流组织设计应遵循以下要点：一单向流气流组织设计要点1、防止过滤器泄露如果过滤器漏泄，应使单向流气流组织的优点受到损坏，所以应力求避免。
2、确保室内送风气流均匀提高过滤器的满布率，以减少边框盲区的影响。
3、提高送风速度的均匀性造成送风速度不均匀的原因有过滤器和静压箱压力不均以及向静压箱送风的速度太大等。
克服送风不均的主要措施有：（1）严格选用高效过滤器，安装时应根据各台过滤器阻力大小进行合理调配，使送风面上各过滤器之间每台过滤器阻力和各台平均阻力小于5%。
（2）过滤器下方设阻尼层，甚至设不均匀阻尼层，加大静压箱高度，大于800mm更好。
（3）改集中管道给静压箱进风为分散管道进风。
（4）如果进风速度太大或只能单侧进风，则可在进风口附近的过滤器上安装可调挡板，也可增加静压箱内阻力，在出口不远处设多孔板。
4、提高回风口速度的均匀度在送风管上采取的措施可以用到回风管上，如分散风管、设调节阀、在回风口安装阻尼布，把回风速度降到5m/s以下，调节地面开口比等等。
二非单向流气流组织设计要点1、保持正压（1）加压空气量洁净室内加压空气量主要决定于渗漏风量，若以换气次数表示加压风量，可参考下表，在概算时，换气次数取2-3次。
（2）加压控制加压程度要考虑围护结构强度，开门是否方便等因素，一般控制和邻室压差在5-20Pa(0.5-2 mmH2O)范围内。
洁净室气流组织————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ洁净室气流组织摘要:洁净室为了达到其所要求的洁净度级别需要三个条件:一是性能良好的高效过滤器，二是足够的送风量,三是合理的气流流型;而使用合理的气流流型能够有效地减少送风量。
本文主要叙述洁净室涉及到的气流组织,以及矢流洁净室用于医院洁净病房空调的可行性，并阐述了空态下矢流洁净室内洁净度的测量结果、矢流洁净病房静态下气流场的测量结果和矢流洁净病房点污染源散发实验结果。
关键词：洁净室、气流组织、矢流洁净室洁净室就其控制的对象来说,分工业洁净室和生物洁净室两大类。
各类洁净室控制微粒污染的途径是相同的，这类途径主要体现在以下几方面[1]:1、有效地阻止室外的污染侵入室内或有效地防止室内污染物扩散至室外。
这是洁净室控制污染的最主要途径,主要涉及空气净化处理的方法、室内的正压等。
2、迅速有效地排除室内已经发生的污染,这主要涉及室内的气流组织,也是体现洁净室功能的关键。
3、控制污染源,减少污染发生量，这主要涉及发生污染的设备的设置与管理和进入洁净室的人与物的净化。
洁净室气流组织的类型按其气流状态来区分,主要分为非单向流洁净室、单向流洁净室和矢流洁净室（也称辐流洁净室)[2]。
1、非单向流洁净室的工作原理(也称乱流洁净室原理）非单向流洁净室的主要特点是从来流到出流从送风口到回风口之间气流的流通截面是变化的，洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。
所以，送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此撞击,将有回流、涡旋产生。
这就决定非单向流洁净室的流态实质是突变流非均匀流。
所以,概括地说，非单向流洁净室的作用原理是当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释着室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了,一直达到平衡。
所以，气流扩散得越快,越均匀,稀释的效果就越好。
非单向流洁净室的原理就是稀释作用。
2、单向流洁净室的工作原理(曾被称做层流洁净室）在洁净室内，从送风口到回风口，气流流经途中的断面几乎没有什么变化,加上送风静压箱和高效过滤器的均压均流作用,全室断面上的流速比较均匀，在工作区内流线单向平行,没有涡流,这些被称作单向流洁净室的三大特点[3]。
这里的流线单向平行，是指时均流线彼此平行,方向单一。
在单向流洁净室内,干净气流不是一股或几股,而是充满全室断面，所以这种洁净室不是靠洁净气流对室内脏空气的掺混稀释作用,而是靠洁净气流推出作用将室内脏空气沿整个断面排至室外,达到净化室内空气的目的。
所以,前联邦德国有人称单向流洁净室的气流为“活塞流”、“平推流”，前苏联称之为“被挤压的弱空气射流”。
干净空气就好比一个空气活塞,沿着房间这个“气缸”,向前下进，没有返回，把原有的含尘浓度高的空气挤压出房间。
3、矢流洁净室的工作原理(也称辐流洁净室)矢流洁净室是晚于非单向流洁净室和单向流洁净室多年后出现的一种具有节能意义的新型洁净室。
它是在世界能源供应矛盾日趋尖锐的情况下应运而生的。
目前在国外有所应用，而国内几乎为空白。
所谓矢流洁净室,就是因为送风气流不是单一的方向,而是任何方向都有。
其净化机理既不同于非单向流洁净室的稀释掺混作用，也不同于单向流洁净室时均流线平行的活塞作用。
它的流线既不平行,这一点和非单向流洁净室相同,但不同的是流线不发生交叉,因此不是靠掺混作用,仍然靠推出作用,只是不同于单向流的平推,而是斜推,它是靠气流的“斜推”,将室内空气排至室外以达到净化空气的目的。
可见,矢流洁净室与单向流洁净室净化的原理虽不相同,但作用原理相似,这就为矢流洁净室达到较高级别的洁净度提供了保证。
目前大量的研究表明，这种洁净室的洁净度级别能达到100级。
在某些特定场合,如手术室等,这种送风流型可以克服顶棚灯具或顶棚上其它设备、工作台等对气流的阻碍作用，优化了洁净室的可用空间。
目前国内外的研究现状是矢流洁净室在美、日等国已有较长的历史，1９77年美国在建造月球岩石实验室时首次安装使用了这种洁净室,并取得了满意的效果，欧洲和亚洲的一些国家也相继使用了这种洁净室。
在国内,最早研究矢流的是哈尔滨建筑大学的魏学孟老师［4, 5]，他们搭建了模型是烟台(１．0m╳1．5m1.5m），对矢流洁净室进行了数值模拟和模型实验研究；在哈尔滨建筑大学的魏学孟老师等人之后,天津净化工程公司和烟台净化设备厂等单位也对矢流进行了一些有益的研究工作[6］。
针对矢流技术目前的研究现状，建立矢流洁净病房气流运动的物理模型,对洁净病房在空态和静态两种工况下室内气流场进行模拟，探讨在室内加装扇型散流孔板后室内流场的变化、散流孔板合理开孔率、及室内流场与房间长度的关系,还有当在房间内摆放病床、床头柜、沙发、灯和增加人员的情况下,室内流场的变化。
在与计算条件相同的情况下，对矢流洁净病房在静态下的流场进行测试,并与计算结果进行比较,检验数值模拟的正确性。
在模型实验室搭建完成之后,首先进行空态下矢流洁净室内洁净度的测量，此实验目的是为了验证矢流洁净室内的洁净度级别是否满足设计要求以及观察矢流洁净室内洁净度分布情况和探索换气次数和所达到的洁净度级别的关系。
实验结果表明,在换气次数在83次/h,室内洁净度满足千级设计要求,个别地方能达到百级,证明如果提高换气次数,矢流洁净室有可能达到百级;送风口处洁净度较高，回风口处洁净度较低，符合室内气流运动规律;回风口靠近门的地方浓度较高,可能是测试时人员进出的影响,室内洁净度和换气次数有关,换气次数越大,室内洁净度越高,在换气次数在1４6次/ｈ时,矢流洁净室在空态下可以达到百级,但效果不如单向流。
其次进行矢流洁净病房静态下气流场的测量,此实验是验证实验,具体内容是对矢流洁净病房内的速度场进行测试,将测试结果和CFD数值模拟结果相对比,以验证数值模拟的正确性；实验结果通过CFD模拟计算与实测结果对比可知,实测特征断面速度曲线与模拟曲线趋势基本一致，有着较高的吻合度，说明所建矢流洁净室模型基本适合于矢流洁净室内气流场的模拟,但实测速度值较CFD模拟计算值分散,并且CFD模拟速度值和实测速度值还有一定差距,这种现象在其他的文献[７-９]中也存在,其原因可能是在CFＤ模拟计算时矢流高效过滤器送风口模型建立与实际风口还存在着差别,以及实测中受到外界的不确定因素的影响。
而后进行了矢流洁净病房点污染源散发实验，此实验目的是为了观察矢流洁净病房内点污染源散发的有害物排除情况；实验结果为由于大致单向气流抑制作用,尘埃粒子很难逆向扩散,可以看到在污染源前方基本未受到污染,所以将矢流用于一些呼吸性传染病病房,让医护人员位于病人的上风侧，可以保护医护人员的安全。
污染源出口处浓度值较高,尘粒随着气流向下风侧移动,越靠近回风口污染物浓度越高，污染物可以顺利排出。
这种气流组织,横向扩散较小,污染物可以迅速排除,是一种比较理想的气流流型。
通过点污染源的散发实验还可以得出随着房间高度增加,污染源影响范围变小，当污染源位于房间高度0.８m处,在房间1.５ｍ处,基本未受到污染。
本人从上述实验结果可以得出矢流洁净室作为一种新型、节能的洁净室用于医院洁净病房空调的是可行的,在某些对洁净度级别要求不是十分高的医院的洁净病房可以采用矢流的气流方案。
以上未进行气流组织的对比，可以考虑在送风量和过滤器面积相同,回风的方式也一致的情况下,把洁净病房内气流组织形式改为乱流,对室内的浓度场进行测试,也即对非单向流洁净病房内洁净度测量，比较乱流和矢流气流组织方案。
因为要对矢流气流组织和非单向流气流组织对比,所以回风方案要求一致,但是对非单向流洁净室来讲可能采用双侧回风的效果更好。
为了验证双侧回风的效果,可以对矢流和非单向流顶送、双侧回风的方案进行对比［1０]。
结论:采用新的送风口型式及气流组织方案，可以达到用尽可能少的洁净空气满足洁净室所需的洁净度级别,是节能和降低造价的一项重要措施。
1、通过CFD数值计算,在特征断面上的速度场曲线与实测曲线吻合较好,说明采用flueｎt商业软件，选择标准k－ε双方程模型，使用动量法风口模型，建立的数学和物理模型,用于模拟矢流洁净室内的气流分布的方法是正确的。
2、矢流洁净病房内气流及污染物的分布具有下列特性:(1）.矢流的流线间不交叉，靠气流推出作用,将污染物迅速排出室外,是一种比较合理的气流流型。
当在顶棚一侧满布高效过滤器,对侧回风,回风口均布时,在室内可以近似形成二维流场的效果；(2).通过点污染源的散发实验得出由于大致单向气流的抑制作用,尘埃粒子很难逆向扩散,可以看到在点污染源前方基本未受到污染。
这种气流组织的污染物横向扩散较小,污染物可以从回风口迅速排除,是一种比较理想的气流流型;(3）.矢流洁净室内没有加装扇型的散流孔板,直接由高效过滤器送风,速度场模拟图可以清晰地看到在房间的前半部,送风口下面由于气流的诱导作用有一个大的涡旋,靠近送风口的地方还有回流。
而且通过模拟还发现房间的长度越短，高效的送风速度越大,涡旋越明显。
因而得出加装扇型的散流孔板后的气流组织效果要明显优于直接由高效过滤器送风的气流组织;(4)．高效过滤器根据现场条件可以设置在侧墙或者在顶棚上,但是高效过滤器设置在侧墙时的室内流场与高效设置在顶棚时还有些区别,在房间的中部和后部流场基本一样,只是在送风口下面，设置在侧墙时气流有偏流，效果不如设置在顶棚的,再考虑到密封、施工的方便,建议条件许可的话,尽量把高效设置在顶棚上；（5）.扇型散流孔板的开孔率根据模拟发现扇型散流孔板的开孔率应在0．15-０.3之间,不同的开孔率下,室内流场分布基本相同,只不过开孔率越大在工作区的风速稍大；（6).室内洁净度和换气次数有关，换气次数越高,室内洁净度越高,在换气次数146次／h时，矢流洁净室在空态下可以达到百级,但是室内洁净度要比单向流低。
ﻬ参考文献:［1] 许为全, 曹莉. 生物洁净室的污染控制［J］.洁净与空调技术，2０0２,( ０４)：7-9+2２.［2]ﻩ《空气洁净技术原理》（第３版）［J]．暖通空调, 2０03,( ０5): 43.[3] 吴鹏．垂直单向流洁净室［J]. 黑龙江纺织, ２0０9, （0２): 28－30.[4] 魏学孟,张维功,樊洪明. 矢流洁净室的模型实验与数值模拟[J]. 通风除尘, 19９4, (02）: 10-2.[5]ﻩ魏学孟，张维功.矢流洁净室的模型实验研究[J]．通风除尘，1９92, (03）：5-7．[6] 涂光备,陈文浩, 王莱．矢流洁净室的数学模拟和实验研究(英文)[J］．Trａnsaｃtｉons of Tiaｎｊｉn Uｎｉversity,2000,(01)：50-4．[7] 任艳莉. 高大空间气流组织的数值模拟与实验研究［Ｄ]；天津大学, 2012.[８]ﻩ董玉平,由世俊, 汪洪军等. 高大空间建筑空调气流CFD模拟研究[Ｊ]. 河北建筑科技学院学报, 2０03,(03):23-7.［9]ﻩ邢金城, 涂光备, 那艳玲等．地铁站台气流状况现场测试及ＣFD模拟[J]. 暖通空调, 2００5, (06)：114－7+9４．[10］ﻩ朱明明,宣永梅,贡欣等.不同气流组织下某洁净室内流场研究[Ｊ]. 节能, ２016, (1１): 19－23+2.。
