墙壁回风乱流型无尘室与天花板回风乱流型无尘室的通风性能比较

《墙壁回风乱流型无尘室与天花板回风乱流型无尘室的通风性能比较》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、牆壁回風亂流型無塵室與天花板回風亂流型無塵室的通風性能比較AComparativeStudyontheVentilationPerformanceofWall-ReturnTurbulentTypeCleanRoomandCeiling-ReturnTurbulentTypeCleanRoom董雲春*胡石政***國立台北科技大學機電科技研究所博士班博士候選人**國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系教授摘要本文探討具牆壁回風與天花板回風之亂流型無塵室的速度向量流場分佈和微粒子移動軌跡。數值分析係以FLUENTsoftware之k-ε兩方程式紊流模式為基礎，

2、對兩種不同型式的無塵室進行模擬；並研究各種影響流場性能的因素，包括流場內阻礙物，微粒子粒徑與微粒子釋放位置等。由模擬結果得知；由一個送風噴流與環繞其四周的上升氣流所構成的天花板回風者其通風效率，較牆壁回風者好。關鍵詞：亂流型無塵室，數值模擬，微粒子移動軌跡一、前言亂流型無塵室與商業大樓辦公室，兩者在空調通風系統的設計上，均是利用空調設備將空氣冷卻後，再經由天花板的送風口送入室內。但是，這兩種通風系統並非完全相同。其主要差異點在於：辦公室的送風量只要能夠滿足舒適條件即可，其換氣次數約為2~10次/時。而典型的亂流型無塵室，換氣次數可能要達到20~60次/時

3、。這額外供給的送風量，主要是作為室內混合、稀釋與排除污染空氣之用。在從事無塵室通風系統設計時，必須先研究無塵室內之流場分佈情形與最佳的污染控制方法。Murakami等人[1-4]曾經對亂流型無塵室之流場與擴散場(concentrationfield)特性作過系統性的分析，其研究結果如下所述：1.無塵室若採用天花板送風，則其室內之氣流模式，可以當作是由數個流場單元組合而成；而每個流場單元，則由一個送風噴流與環繞其四周的上升氣流所構成。2.無塵室內回風口的設置位置，對室內之速度流場影響很小，但對室內之污染擴散場的影響很大。3.藉由流場單元的概念，可以有效地分

4、析污染擴散狀況。在污染朝向鄰近的流場單元傳遞之前，會先在本身的流場單元內擴散，然後再由回風口排出。Murakami等人[5]延伸流場單元的概念，並利用數值方法，分析亂流型無塵室具有局部送回風量平衡的擴散特性。他們對各種影響流場與擴散場的因素進行研究，並且運用SVE1~3的定義，對無塵室做定量化的通風效益評估。10本文主要是以微粒子移動軌跡的觀點，定量化評估不同型式之無塵室性能。採用計算流體力學(CFD)方法分析、模擬與比較亂流型無塵室之性能。計算時除了求解連續相的統御方程式外，尚需利用Lagrangian架構之分離相，來作微粒子軌跡的評估與統計分析。並利

5、用Stochastic軌跡模式，分析微粒子在紊流流場的運動情形。在本模式中，係假設微粒子對連續相中紊流的形成或耗散，並無直接的作用。二、數學模式2.1平均流場模擬由Eulerian守恆方程式，可以得到穩態的氣流運動方程式(2.1)其中代表常數1，速度分量，和，紊流動能k與紊流動能耗散率ε等之任一項，為變數的有效擴散係數，為源項，ρ為密度，V為速度。2.2變動速度模擬假設為均質紊流，則由紊流動能的計算，可以得到空氣的變動速度=ζ(2.2)其中ζ為0~1的隨機分佈數，k為紊流動能。對隨著流體移動的微粒子而言，其積分時間就變成流體Lagrangian積分時間T

6、L。此積分時間約為(2.3)對k–ε兩方程式紊流模式，其CL≒0.15。渦流的特性壽命τe定義為(2.4)2.3粒子移動方程式可以對一個以Lagrangian為架構之粒子作用力平衡方程式積分，來預測分離相之粒子移動軌跡。作用力平衡等於粒子上的慣性作用力，以下列式子表示(在直角座標x方向)：(2.5)為了預測紊流對粒子的散佈，必須將變動速度()加入到瞬時速度(u)中,即。而CFD所得到的直接輸出值為平均速度()，當變動速度造成粒子紊流擴散時，粒子沿著流線的對流，則由平均速度決定。三、數值模擬分析3.1基本假設為了簡化問題，因此作了以下的假設條件：(1)流體

7、為不可壓縮、絕熱與三維穩態紊流，(2)粒子為球狀固體，以及(4)連續相與分離相不發生交互作用。3.2邊界條件10在本研究中，有關連續相與分離相的邊界條件定義如下：(1)流體以均一速度流進室內，即i=0.35m/s，i=i=0m/s(25次/時之換氣率)。送風口的k與ε分別為4.594e-4m2/s2與3.853e-5m2/s3。(2)為了遵守質量守衡定律，在出口處採用Neumann邊界條件。(3)牆壁為無滑動條件，即牆壁的表面速度為零。鄰近牆壁區域之紊流特性，採標準牆壁函數分析。(4)在分離相的計算中，粒子粒徑將被分成0.1μm，0.5μm與1.0μm等

8、三組；粒子釋放位置與數量，詳如表一與圖1所示；出口邊界為escape，此意謂著粒