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shi间:2020-03-01  来源:车间净化工程|食pin净化车间|洁净手术室|洁净实yan室-济南jin贝yu乐下zai净化工程有限公司  浏览ci数: 128 ci
文章简介:百级洁净车间气流组织的优化方法, 摘 要: 利用CFD 方法对拟采用feng机guo滤器单元(FFUs)洁净空调方案的百级洁净车间jin衳inD? de出室内气流速度chang, fen析其xing能, 通guo理论公式计suan所能达到的洁净度。认为通guo合理bu置末

摘 要: 利用CFD 方法对拟采用feng机guo滤器单元(FFUs)洁净空调方案的百级洁净车间jin衳inD? de出室内气流速度chang, fen析其xing能, 通guo理论公式计suan所能达到的洁净度。认为通guo合理bu置末端FFU songfeng口位置及选择回feng衱en? 以及选用较高级bie的末端guo滤器, 可以在FFU 满bu率较低shi达到较高的洁净度级bie。

关键ci: 计suan流体动力学(CFD);洁净车间;feng机guo滤器单元;满bu率

1  引言

sui着计suan流体动力学(CFD)技术自身的fa展, 其已广穐eτ糜谂盏骱徒嗑怀导鋎eng工程领yu。通guo计suan机求解流体所遵循的控謕in匠? 可以获de流动区yu的流速、温度、组fen、浓度deng物理羕ang南晗竑enbu情kuang。ben文利用CFD 软件, 对采用feng机guo滤器单元净化空调系统的某微电子洁净厂穔ang腎SO5 级洁净车间jin行计suan机模拟, 利用所de到的速度changfen析评jia其xing能, 利用理论计suanyan证其平衡态的洁净度, 并提出一些应用中的注yishi项,为实約hiこ逃τ锰峁┎蝛ao。最后通guo实地现changce试, 证明减少末端高效guo滤器的个数同样可以de到较高的洁净车间级bie, 并满足动态工作的要求。

2  数值模拟及fen析

2.1  数学模型

从流动的雷nuo数来kao虑, 洁净车间的气流jun为紊流[ 1] , 空气的流动满足连xuxing方程、动量方程和能量方程。对于工程wen题, women不需要关xin紊流的精细结构及其shunshibian化, 而只关xin紊流sui机bian羕ang挠泄仄絡un值, 因此, ben文采用雷nuoshijun方程紊流粘xing系数法, 流动模型采用暖通空调广fan采用的标准k -ε二方程模型, k -ε模型通guo求解紊流动能与紊流动能耗散率的shu运方程de到紊流粘xing系数。

控謕in匠痰耐ㄓ眯wen絒 2] :

 S Φ———源项

Φ=1 shi通用方程bian为连xuxing方程。

边jietiao件:墙体边jie设为无滑移边jietiao件;songfeng边jietiao件:songfeng速度取guo滤器mianfeng速平jun值, 速

度方向竖直向下;回feng边jietiao件:回feng口满足充fenfa展段紊流出口模型。you于室内热负he较xiao, 不kao虑温度浮升效应对气流的yingxiang。采用混合迎feng差fen格式对pian微穤hi匠蘪in行离散, 基于有限容积法的SIMPLEST suan法jin行求解。

2.2  物理模衪u凹苨uan结guofen析

方案一将feng机guo滤器单元(规格为1 .2m ×1 .2m)chengtiao型居中bu置于tian花板, 满bu比为25 %, 回feng采用全地mianjunyun散buchuan縵huang遄魑豧eng口。物理模型如tu1 所示。经模拟计suande到气流流chang如tu2 所示(you于songfeng口在Y 方向呈对称bu置, tu中只gei出一半流chang)。从tu2 可知, 在songfeng口下方流线垂直向下, 流线平行较好, 而在songfeng口至墙体fan围内有较大的涡流区, 主流区fan围减少, 不能shi全室工作区达到较高级bie。同shi粒子也会被卷吸jin入主流区, pai除wu染物的路径增长, 增加wu染的可能xing。

方案二将同样规格的feng机guo滤器单元较junyun地bu置于tian花板上, 满bu比仍为25 %, guo滤器mian

feng速为0 .45 m/s , 回feng仍采用全地mianjunyun散buchuan縵huang遄魑豧eng口。其物理模型如tu3 所示, 气流流changfenbu如tu4 所示。

从模拟计suan结guo可知, 对于junyunbu置的feng机guo滤器单元方案, 工作区1 .2m 及0 .8m 高度断mian平junfeng速fenbie为0 .1545m/s 、0 .1516m/s , 可jian散bu末端guo滤器songfeng口可以减xiao速度的shuai减。虽然在songfeng口之间上部存在fan向气流, 形chengxiao的涡流区,dan在工作区0 .8m ~ 1 .2m fan围内已形cheng竖直向下的流线, shijun流线平行较好, you于此洁净车间产热量较xiao, 热气流对流线yingxiang可hulue, 不会产生逆向wu染, 因此上瞜ang奈辛鞑换岫灾髁髑鷜ingxiang。空气中的微粒在重力、惯xing和扩散三种作用力蟣ue硕俣群臀灰剖俏iao的, 謆en对?μm shi, 微粒跟sui气流运动的速度和气流速度相差不会大于10-3[ 1] 。此设计中新feng处理机组设三级guo滤器,feng机guo滤器单元中guo滤器为U 1 5 , 效率≥99 .9995 %@MPPS , 謆en?gt;1μm 的微粒可视为零。

因此, 工作区产生的微粒能完全跟sui气流一起运动, 直接pai出洁净车间。

当jin一步减xiao满bu比shiyou模拟计suan可知, 除songfeng口zheng下方—定区yu外, 其余部fen已根ben不能

保证气流接近垂直向下, guo滤器之间存在一个从tian花板到地mianguan通的巨大涡流区, wu染物极易被卷吸jin入涡流区而不易pai出。

经guo模拟计suan及fen析, 认为在songfeng口满bu比为25 %, junyunfenbufeng机guo滤器单元, 采用全地mianjunyun散buchuan縵huang寤豧eng, guo滤器mianfeng速为0 .45m/s ,相应换气ci数为147 ci/h , you于feng机guo滤器单元可达到较大的songfengmianfeng速, 以及junyun散buchuan孔地板回feng口的jun流作用, 若采用侧墙下侧回feng, 就会在洁净车间下部区yu形硈han洗蟮奈辛魅乔鳾 3] , 因此洁净车间内能形cheng比较合理的气流流形, 在主流区内形cheng基ben垂直向下的流线。dan在kao近si周墙壁处, you于形chengshou限射流, 出现涡旋, 因此应避免将设备kao墙壁bu置, 而应liu有一定距离(zhe是洁净车间施工完毕、开始投入shi用shi应加以注yi的)。另外, 此设计中虽然不能形cheng如传统满bu高效guo滤器songfeng口而形cheng的全室平行气流, dan美国环境科学学会(IEST)的标准IES -RP -CC012 .1 中已认

为ISO5 级洁净车间也可采用非单向流流型或混合流型[ 4] 。

3  洁净度的计suan

洁净车间的洁净度级bieyou通feng系统和室内wu染源所决定, 可以通guo数学公式对其jin行计suan。根

ju粒子平衡理论, jin入洁净车间的粒子有you室外新feng带入、循环空气带入及you室内wu染源产生的粒子。对于电子厂房室内wu染源主要是指工作人yuan的产尘, 而设备产尘很少可hulue不计。从洁净车间pai出的粒子有you回feng带出及you于室内zheng压而渗出的粒子, 可de方程如下[ 5] :

新feng预guo滤器为F5(η=55 %), 中效guo滤器为F9 (η=9 5 %), 高效guo滤器为H1 2 (η=

99 .5 %), feng机guo滤器单元中guo滤器为U15(η≥99 .9995 %@MPPS);新fenghan尘浓度tian津地区取为3 ×107 粒/m3(≥0 .5μm);身着洁净服的工作人yuanzou动shi产尘量为1 ×104 粒/(s·人)(≥0 .5μm);设同shi有3 人在工作;通feng效率取为90 %;新feng比为4 .5 %。计suande出此设计的洁净车间稳定han尘浓度为2857 粒/m3(即81 粒/ft3), 达到ISO5 级100粒/ft3 的设计要求(经现changce蕐uan砻魇导式嗑欢燃禸iefu合ISO5 级要求)。

4  节能比较

在满足洁净度要求的前提下, 与an常规设紁in绞健ヅ飐ongfeng地板格栅回fengjin衳in芎亩yuan?针对mian积为106m2 , 层高为2 .7m 的ISO5 级洁净车间), 比较结guojianbiao1 。an常规顶棚满bu高效guo滤器设计, 如guoshi用feng机guo滤器单元系统ze其能耗约为此设计中典型feng机guo滤器单元系统的2 .3倍, 可jian低满bu比feng机guo滤器单元系统在保证洁净度的tiao件下节能效guo明显。

5  结论

  • 针对电子厂房洁净车间fa尘量较低, 室内人yuan较少, 热负he较xiao的情kuang, 通guo选择级bie较高的guo滤器, 合理bu置末端高效guo滤器的位置及回feng方式后, 糲i股杓频氖夷诨黄鴆i数、断mian平junfeng速低于wo国规fanjian议的下限值, 仍可有效地滤除粒子, 满足空气洁净度要求;
  • 洁净车间节能有较大潜力, 经guo优化设计可减少chu投资, 节能效guo明显;
  • 对洁净车间设计人yuan而言, 从节能设计具有的长期xing效guokao虑, 针对具体工程的工艺需求可以有保liu地遵循设计准ze;
  • CFD 是一种较好的优化设计工具, 结合工程实际情kuang, jie助模拟工具jin行辅助设计已cheng必然qu势。
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  • 参kao文献:
  • 1]  许钟麟.空气洁净技术yuan理[ M] .上hai:同济大学出版社, 1998.
  • [ 2]  陶文铨.数值传热学(第二版)[ M] .西安:西安交
  • 通大学出版社, 2001.
  • [ 3]  樊hong明, 何钟怡, 李xian庭.洁净车间流chang大蝬inD鈁 J] .空气动力学学bao, 2001 , 19(3):302-309.
  • [ 4]  IES -RP-CC012 .1, Considerations in Cleanroom Design[ S] .
  • [ 5]  Jan Gustavsson.Camfil cleanliness calculation of cleanroom[ Z] .Technical Information 990901.

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