洁净室气流组织原理及其应用

洁净室控制微粒污染的主要途径：

1.控制污染源，减少污染发生量；

2.迅速有效地排除室内已经发生的污染；

3.有效地阻止室外的污染侵入。（或有效地防止室内污染逸至室外）

流体力学的概念：

1.稳定流与不稳定流；（按照运动要素流速、加速度等有无时间因素）

2.渐变流（流线之间基本是等距的，流线接近直线）与突变流；（按照流线形状） 渐变流中包含有均匀流（渐变流的极限情况）与非均匀流；

3.层流与紊流（按照有无质点交换）。

一、非单向流洁净室原理

主要特点：从来流到出流之间气流的流通断面是变化的。也称乱流。流态实质：急变流，紊流，稳定流。

（1）孔板顶送 有全孔板顶送与局部孔板顶送之分。全孔板顶送风速小，气流分布均匀，可达到1000级洁净度。局部孔板顶送与全孔板顶送比，风速大，在墙侧有涡流并部分沿测墙向上翻卷，经顶棚到中间，随洁净气流向下流，混入和污染洁净气流。其洁净度可达10000级。

（2）流线型散流器顶送 此种气流组织方式适用于4米以上的高大厂房。

（3）高效过滤器风口顶送 高效过滤器布置在送风口，一般带扩散板，可获得1000级到100000级洁净度，是一种常用的气流组织形式。

（4）侧送 一般采用侧送，同侧下侧回。此种形式适用于层高较低的厂房，多用于旧厂房改造。侧送室内涡流多，洁净度只能达到10000级，但工程造价低。

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。所以气流扩散的越快，越均匀，那么稀释的效果当然越好。

非单向流洁净室的原理就是稀释作用。

根据非单向流洁净室的工作原理，它可以达到的洁净度一般为1000~10 000（6-7）级，如果设计合理，部分情况下可达100（5）级。室内换气次数越大，一般来说，所得洁净度也越高。

二、层流洁净室

层流洁净室的进风面布满高效过滤器，整个送风面是一个大送风口，送风气流经静压箱和高效过滤器的均压均流作用，从送风口到回风口气流流线彼此平行，充满全室断面，以均速向前推进，就像个大活塞，把室内原污染空气排入回风口，从而达到净化室内空气的目的。由于气流的流线始终是平行的，无涡流，因此层流亦称平行流洁净室。根据气流组织形式分垂直层流洁净室和水平直层流洁净室。

1、垂直单向流洁净室

（1）顶棚满布高效过滤器送风，全地板格栅回风

这是典型的垂直单向流洁净室，见图。

优点是：可获得均匀向下的单向气流，因而自净能力强，能够达到最高的洁净度级别。

缺点是：顶棚结构较复杂，造价和维护费用高，高效过滤器堵漏较困难。

（2）侧布高效过滤器顶棚阻尼层送风，全地板格栅回风

（3）顶棚和侧面双布高效过滤器送风，全地板格栅回风

（4）全顶棚送风，两侧下回风

2、水平单向流洁净室

（1）送风墙满布高效过滤器水平送风，全墙面回风

（2）“隧道”式单向流送风

基本原理

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掺混作用，而是靠推出作用将室内脏空气沿整个断面排至室外，从而达到净化室内空气的目的。

3、主要特点

（1）全室断面上的流速比较均匀。

（2）至少在工作区内流线平行。流线平行指时均流线彼此平行。

（3）至少在工作区内没有涡流。

4、单向流洁净室的三项特性指标

（流线平行度、非单向流度、下限风速）

1、流线平行度

流线平行的作用是保证尘源散发的尘粒不做垂直于流向的传播。如果这种传播范围在允许范围之内，则流线稍有倾斜也应该是许可的。这样，对于单向流洁净室就有一个允许的流线平行度。

工作区是主要工艺进行的区域，所以洁净度级别是用工作区的含尘浓度表示的。我国对洁净室工作区的规定是：自地面向上0.8 – 1.5m ，因工作台面可能低到0.75 m ，因此，这里更严格地取为0.75 m。

（1）脉动速度

U=ū+△u

u—瞬时流速；

ū—时均速；

△u—脉动速度。

（2）非单向流度

公式

βu—非单向流度；

ui—各测点的速度；

ū —时均速；

n —测点数。

对于单向流洁净室， 应不大于0.25，否则说明该单向流洁净室的性能较差。

3、下限风速

（1）单向流洁净室气流速度的作用

1）污染气流多方位散布：

2）污染气流与送风气流同向：

3）污染气流与送风气流逆向：

4）全室被污染：

（2）控制多方位污染

对于人体，风速达0.22m/s时，在距人体0.3m处，污染浓度已降低到5（100）级以下。

（3）控制同向污染

根据前面分析，若1.8 m高度位置散发的尘粒，希望不会超过该人的工作范围而进入相邻工作人员的范围（人体正中至两边的最大距离为0.5m），以至于造成污染，则送风速度应不小于0.3m/s。

（4）控制逆向污染

垂直单向流洁净室

垂直单向流洁净室的主要逆向污染是从热源上升的气流，因此，其必要的送风速度应根据热源参数确定。

水平单向流洁净室

水平单向流洁净室的主要逆向污染是人行走引起的二次气流，因此，其必要的送风速度应根据二次气流的流速确定。

（5）满足合适的自净时间

在全室被污染的情况下，要能以合适的时间，迅速地使室内空气自净，这就与洁净室气流的流速有很大关系。气流速度大，自净能力强，自净时间短，但不经济。研究发现，气流速度大约在0.25 m/s以后，自净时间基本趋于一致，达一分钟左右，再提高速度，缩短自净时间的作用已不明显。

（6）综合分析

上面讨论的四方面控制污染所需的风速相差不大，综合分析，将下限风速分别划出三档。

医药工业洁净厂房气流组织与送风

《洁净厂房设计规范》规定：

1-4级应垂直单向流

5级应垂直单向流或水平单向流

6-9级宜非单向流。