研究洁净室气流的构成项目.pdfVIP

在洁净室工程中，自美国FS209C 将洁净室中的气流流动分为单向流和非单向流后，这 一名词被广泛采用。我们知道，从流体力学的角度，描述流体的流态，按质点的速度是否随 时间变化分为稳定流动和非稳定流动。 按流速是否随流向变化，分为均匀流动和非均匀流 动。不均匀流动又分为渐变流动和急变流动。 空调系统运行稳定一般属恒定流动。洁净室中的气流流动除天棚满布、高效过滤器送风 棗满布地板格栅回风的典型流动性属均匀流动外，均属不均匀流动。 洁净室工程中，由于断面积大，既或在稳定流动中也不属于层流。只有在洁净管道中可 能形成层流。 无尘车间的流态分类(以下均以美国FS209 为例)最早分为层流和乱流。美国 FS209C 开始将层流改称单向流，乱流改称非单向流。这一名称显然比较贴切。 对单向流的 描述，文字上也稍有差异： FS209C(1987 年 10 月27 日发布)：气流以一个平行的方向沿单一通道穿过洁净室或洁 净区; FS209D(1989 年6 月15 日发布)：一般具有平行流线，以单一通路、单一方向通过洁 净室或洁净区的气流; FS209E(1992 年9 月11 日发布)：一般具有平行流红，以单一方向并且横断面上风速 一致的气流。 上述对单向流的描述与FS209B 对层流的描述有那些差别呢? FS209B 称：层流的规定是，在限制范围的全部空气以均匀的速度平行流动。 FS209B 对层流气流速度又有明确的规定：通过洁净室断面的气流速度能常保持为 0.457m/s，在整个无干扰的房间内，其不均匀度在±20%以内。 这就是说对单向流的描述 中删去了速度约0.457m/s 的规定和断面风速不均匀度为±20%的要求。 综上所述，洁净室中形成单向流有三个条件，也就是单向流的三要素：气流速度、流线 不均匀度、气流平行度。但对三要素均无定量的数值限制。虽然FS209E 已被废止，但国际 标准和我国洁净厂房设计规范GB50073-2001，有关单向流的描述，仍沿用FS209E 的提法。 我们知道，最佳的气流组织就是使尘粒沿着流线(迹线)以最短的路径排走。所以单向流是最 佳流型。 2、单向流三要素分析 2.1 气流速度 FS209B 规定的洁净室工程气流速度保持在0.457m/s 的规定显然偏大，目前各国的规定 均未规定这么高的气流速度。洁净技术多年的实践也证明不需要这么高。 那么，单向流的 流速多大合适呢?笔者对此进行理论分析。 对垂直单向流，气流速度 υ≥0.25m/s足矣。在水平单向流中，尘粒除随气流运动外， 还受到一个重力作用。 无论垂直单向流还是水平单向流的气流速度取 υ≥0.25m/s均足够。当然水平单向流可 适当提高一点流速。 气流速度的选择应该使整个气流均匀流动不发生滞留区。不发生滞留区气流速度必须大 于0.08m/s。气流速度应能抵抗人员活动、热浮升的干扰，在水平单向流中还应抵抗尘粒自 由沉降的影响。 当人员活动时，就相当于有外力作用在尘粒上。某一物体受到外力作用就会产生一个初 速度，这些速度下物体会发生运动。机械力(人员的活动)基本不影响尘粒的转移，外力消失 后，尘粒会继续沿流线流动。 2.2 气流速度的不均匀度 洁净技术发展初期，对气流的不均匀度要求很严格。 美国FS209B 规定：不均匀度在±20%以内。此规定没有说明以那个速度为基准值，是设 计风速还是断面风速的实测平均值。一般认为其准值是断面实测的平均风速。 由于过滤器滤料密度不均，过滤器送风静压箱压力不均，及由于相邻高效过滤器边框形 成的无风区，相邻过滤器出风搭接处的风速与过滤器表面的出风风速也不相同。 美国FS209 以后，删掉了气流不均匀度的要求。这显然是长期实践得出的认识。从长期 对洁净室的测试发现这一要求基本达不到。 我们知道，洁净厂房设计出口气流除射流的主体段之核心部分，气流速度相等，流线平 行外，其它部分均不可能。 3、流线的平行度 各种规范都规定单向流的一个要素是气流流线平行。这一点到目前为止仍被坚持。然而 实践证明也不是不必要的。 我们知道，气流速度相等和流线平行，只有两种情况能达到：①射流的起始段之核心部 分。②有Welosinski 曲线入口的直管段。其它情况由于多种原因均不可能。 只要整个气流中的流线(迹线)不交叉，不形成涡流区，尘粒就会沿着迹线(流线)排走， 而不会被滞留。 通过上面分析可知，只要整个气流在一个通道上流动