带气幕的局部洁净室数值模拟

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1、带气幕的局部洁净室数值模拟摘要本文以k-ε紊流模型为基础，对带气幕的局部洁净室的流场和污染物浓度场进行模拟。通过分析工作区截面风速、气流速度不均匀度、流线平行度单向流三要素，提出气幕风口尺寸主洁净风口和气幕风速等工作参数的优化结果。同时还考虑了工作台对整个流场的影响。另一方面分析了环境尘源、主洁净区内尘源、尘源高度等因素对洁净区内浓度场的影响，从理论上指出气幕射流力是影响气幕隔断的主要因素之一。　　关键词气幕局部洁净室数值模拟污染浓度1前言　　　　目前洁净室净化方式主要有两种，即全面净化方式和局部净化方式。研究表明，局部净化方式以其相对较少的造价和运行操作较简单等特点，日益受到人们的青

2、睐。但局部洁净室会产生因洁净气流引射周围空气而产生沿程收缩，造成洁净区面积减少。为解决这个问题，人们通常采取各种围挡方式。本课题就采取在高效过滤器两侧加两道条形气幕，用较高流速的气幕射流进行围挡。在国外目前已有较成熟的产品，而我国在这方面的研究还很不足。根据笔者所查资料，除建科院空调所进行过水模型试验外，尚未发现较系统的理论研究和相关产品出现。因此希望通过本文分析洁净区的流动特性和污染物分布规律，为该方式的局部洁净室的设计研究和开发作初步的前期探索。　　2本文的研究方法及主要工作　　　　因为洁净室的换气次数较大，且气流组织基本可视为强制对流流型，所以本文的计算模型可采用标准的高雷诺数k

3、-ε二方程模型。　　　　　　　　　　　　　　　（1）　　　　　　　　　　　　　　（2）　　为了简化计算，对洁净室的实际条件进行了如下假设：　　室内气流流动为稳态流动，室内气流不可压缩流体，物性为常数，忽略质量力；　　室内无内热源，围护结构绝热，对于洁净室来说，可假设为无温差送风，而且将室内温度场视为均匀温度场；　　忽略污染粒子的质量，并假定它是被动量对气流无作用，室内污染源的发尘速率恒定。　　靠近壁面处采用压力壁面函数。离散方法采用有限差分法。在划分网格时，使用交错网格，且在气幕风口号上方设置不均匀风格。在方程组求解时，对耦合方程组使用SIMPLE算法，单个方程组使用ADI逐行迭代法。

4、　　本文需要回答以下几个问题：主流区内能否形成单向流型；影响单向流的主要因素是什么；在多大的主送风速和气幕风速下，能形成流型较好的单向流场；气幕保护下，可供使用的主洁净区宽度是多少；影响气幕隔断效率的物理量是舒适；在多大的气幕风速和口宽下，气幕的隔断效果最好（即内外区的浓度比最小）。　　3算例设计　　　　如图1，通过改变室内主流区送风速度--气幕射流总动量，N·s；　　　　　F--气幕射流流力，N；　　　　--分别为气幕射流的出口流速，某断面的平均流速，射流末端平均流速，m/s；　　　　--分别为气幕射流的出口流量，断面的流量，射流末端流量，m3/s。　　任意断面流量可通过平面射流公式

5、计算：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5）　　注：上述公式的可用性是根据得以验证的。　　式中a=0.11，X为极距，f为房间面积。　　因此可以认为：随射流力的增大，内外区浓度比降低。宽口低速气幕比窗口高速气幕隔断效果好的原因是前者的射流力较大。另外本文还设计了气幕射流力相等的箱例，给出不同气幕口宽和风速时的情况，为表4和图11所示：　　　　　　　　　主送风速与气幕风速之比（m/sm/s）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表4带气幕的局部洁净室数值模拟: