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如何评价和提高层流流型气流速度场

[导读]在洁净工程设计中, 由于考虑节能问题, 在层流型洁净室的送风墙上, 高效空气过滤器所占的面积, 由大于8 0%.下降到4 0 % 左右, 因此, 按常规的评价方法, 在洁净室整个断面上, 风速均匀率要达到小于土20 纬是很困难的.

一、月lJ 言
在洁净工程设计中, 节能是工程技术人.员常考虑的问题. 众所周知, 1 0 级洁净室.通均采用层流气流流型, 换气次数达4 0 次/ 小时, 能量消耗相当大。随着洁净技术的发展,人们对层流气流组织认识的深化, 提出在保证工作区洁净度要求的前提下, 把洁净空气用在关键邵位, 以减少能耗. 近年来, 国内外专家首先对层流气流流型的送风墙采取了各种各样的布置方法, 从高效空气过滤器满布送风墙( 或天棚) 到均匀间隔布置或间段布置的方式. 高效空气过滤器占送风墙( 或天棚) 的面积, 由大于80 %下降到40 %. 以水平层流送风墙为例, 各种布置方式见图1~ 6 .另外, 对” 个层流洁净室和洁净工作台的断面风速作了实测, 结果见表玩从表中看, 断面风速均匀率达到士20 % 以内要求的只占10 %, 而90 % 都达不到要求. 根据这一情况, 提出了三个间题. 第一, 在送风墙面积变化下, 应以哪一个断面为准来评价速度场; 第二, 断面速度场的均匀度应如何评价; 第三, 采取什么措施来减少速度场不均匀性。本文就此进行探讨.
二、关于速度场均匀性评价问题
1. 以哪一个断面为准评价速度场本文作者认为不同的情况, 应采取不同的方式来对待. 当高效空气过滤器布置占送风墙面积> 80 纬( 图l ) 时, 应按垂直于气流整个断面来评价. 对如图2、3 中的间隔布置, 应选在距送风绪2~ 3倍送风格间的宽度以外的整个断面, 也就是这种流型的工作面应设的位置.
对于图4、5、6 的布置形式, 整个断面各区风速差别较大, 不送风的区域由于呈乱流塑或准层流型, 风速值还可能出现负值, 因此建议仅送风墙的实际送风断面来评价速度场, 不送风部份不应作为评价速度均匀性的断面。
2.关于速度场均匀性的问题目前各国对层流洁净室和工作台的断面风速均匀率均规定在土20 纬以内, 并以垂直于气流的整个断面来评定, 见表2 .如前所述, 许多层流洁净室的断面速度场均匀率大多超过士20 %, 但是在工作区洁净度值仍可达到1 0 级洁净度的要求, 这是为什么呢? 当相邻两股气流速度的差异达到一定程度就会产生平面涡流, 从而破坏了层流流型. 当该局部区域有尘源, 就会影响到其它区域, 若该局部区域无尘源, 污染也不会产生, 只是造成污染扩散的条件而已. 所以, 在实际工程中, 许多断面速度场的均匀率虽超过士20 % 的规定, 但只要该处没有尘源, 洁净度还是能达2 0 0级.
一般相邻气流的速度差值是渐变的, 其差值要比断面风速平均值与断面风速最大或最小值的差值小. 但是由于平面涡流是由相邻两股气流之差而不是断面平均速度与断面最大或最小之差而产生的, 因此, 评价层流洁净室和工作台断面风速的均匀率应以两股相邻气流速度差值的百分率表示为好. 至于邻近两股气流速度差多少就产生平面涡流, 有待通过实验来决定。
3. 关于提高速度场均匀性的措施
为了提高层流洁净室和工作台断面速度场的均匀性, 根据国内外经验, 可采取如下综合措施.
(1) 设置有足够大的送风静压箱, 使气流被送出之前能均匀地由动压转换成静压. 静压箱的大小, 可考虑能满足气流静压增长达10 % 为好。按经验, 层流洁净室, 一般静压箱高度( 或深度) 在0.4 ~ 0.6 米; 水平层流工作台, 静压箱深度应大于0.15 米, 约0.2米左右:垂直层流工作台, 静压箱高度取0.25 米左右.
( 2 ) 在送风机出口处增加导流叶片, 以便使气流均匀地送人静压箱.
( 3 ) 选择高效空气过滤器时, 各台阻力应相近, 对一台高效空气过滤器自身阻力也应均匀些为好. 但实际上, 有些工程使用的高效空气过滤器, 阻力相差达1 0 ~ 1 86 巴斯卡, 断面风速相差可达士60 % 之差, 当然效果不会好.
( 4 ) 层流洁净室和工作台的墙面或壁, 应采取严格的密封措施, 防止气流沿途泄漏而造成断面速度场的不均匀. 表3 是某水平层流洁净室的断面风速实测结果.
( 5 ) 为了提高送风均匀性, 在高效空气过滤器前设置一层阻尼网, 使阻尼层与高效过滤器之间形成一个小小的静压空间, 起到第二次均压的作用, 实际效果比较好. 一般这个小空间的深度, 对层流洁净室为0.05 ~ 0.1 米,对层流洁净工作台为0.02 ~ 0.05 米. 阻尼层可采用其有一定阻力的材料, 如2 0 ~ 3 0 目的尼龙纱网等制成. 不宜用能使气流偏斜的阻尼层。

三、小结
1.在评价速度场风速均匀性时, 不应简单地以洁净室整个断面上的风速来评价, 而应在送风墉有效送风边界区内以相对应的断面风速来评价.
2.断面速度场的均匀性, 不宜以断面平均风速与最大( 最小) 风速差的百分比来表示,而应以相邻两股气流速度之差的百分比来表示.
3. 文中提供了提高断面速度场均匀性的具体技术措施.

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