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乱流洁净室原理

洁净室按其气流状态来区分,主要分为乱流(非单向流)洁净室、单向流洁净室和辐流洁净室(称矢流洁净室是不确切的).我们主要讨论乱流洁净室。

乱流洁净室的送风形式

(1) 高效过滤器顶送(有扩散板和无扩散板)[图1(a)]。

(2) 流线型散流器顶送[图1(b)]。

(3) 局部孔板顶送[图1(c)]。

(4) 侧送[图1(d)]。

乱流洁净室的特点

从图1可以看出,乱流洁净室的主要特点是从来流到出流(从送风口到回风口)之间气流的流通截面是变化的,洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以,送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此撞击,将有回流、旋涡产生。这就决定乱流洁净室的流态实质是:突变流;非均匀流。

乱流洁净室的作用原理

  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。所以气流扩散得越快,越均匀,稀释的效果就越好。所以乱流洁净室的原理就是稀释作用,图2比较形象地显示出这一一般情况。

乱流洁净室的风口





送风口


根据乱流洁净室作用原理,如果希望获得全室的较低含尘浓度,而不仅是在送风口下方有较低浓度,那么就要求干净空气从风口送出之后能充分发挥其稀释作用,在下到工作区之前能使更大的范围得到稀释。因而这种风口对气流要有足够的扩散作用。如果像图3那样,送风速度较大,扩散角很小,则一部分干净空气就可能直接从回风口排出,而不参加对室内其他区域的稀释作用。一个高效过滤器送风口,气流扩散角只有十几度(图4和图5),加了厚度约65mm的多孔扩散板以后,据国外的实验气流可扩散到45°甚至更大的区域,见图6, 因而出口速度场比无扩散板风口均匀。




根据原四机部第十设计院的实验,采用带不等径开孔扩散板的高效过滤器风口,在相同换气次数下,洁净室工作区平均含尘浓度和回风口浓度之比,比不带这种扩散板时降低20%, 这说明带这种扩散板的风口可以使全室进行更好的稀释,使含尘浓度更趋均匀,因而平均浓度更低。由于这种扩散板是不等径开孔,加工当然也麻烦一些,所以和等孔径扩散板相比至今应用甚少。


   但是扩散板风口四边外面的气流速度由于孔眼的衰减作用而较小,因此在两风口之间的顶棚下方仍易出现气流停滞区,不利于混掺稀释作用的发挥。于是出现了如图7所示的风口:除正下方为孔眼外,四边为条缝形,并使边上风速比中间风速大3倍以上,目的是使干净气流能达到洁净室的边、角,并消除上述的气流停滞区。





回风口


  为了迅速有效地排除室内尘粒,回风口应设在室的下部,以使气流方向和尘粒沉降方向一致。因为尘粒的跟随速度和气流速度相差很小,所以当气流方向和尘粒沉降方向一致时,尘粒可以较顺利地被排向回风口。所以,在洁净室内一般都用上送下回方式,这是洁净室原理的一个基本原则。


  下部回风口上缘离地面不应太高。因为工作区可从离地面0. 7m开始,回风口上缘应低于此值一定量,最少在0. 2m以上较安全,否则,除工作台自身台面之上的气流外,他处气流也将从台面上流过,带来他处的污染。


  回风口如在上部,即设计成上送上回方式,则至少出现下面三种情况:

(1) 在一定高度(例如呼吸带)上5µm大微粒较多,往往以0.5µm衡量达到标准,而以5µm衡量则达不到标准。

(2)如果是局部 5 级的场合,则工作区的风速往往很小,很难达到标准。

(3)自净时间较长,实测表明可以长出 1 倍。


  所以,上送上回方式虽然在某些空态测定中可能达到设计洁净度级别,但在动态时很不利于排除污染,所以是不宜推荐的方式,这是因为:

(1) 上送上回容易形成某一高度上某一区域气流趋向停滞,当微粒的上升力和重力相抵时,易使大微粒(主要是5µm微粒)停留在某一空间区域,所以不利于排除尘粒和保证工作区风速(对于局部百级)。

(2) 容易造成气流短路,使一部分洁净气流和新风不能参与全室的作用,因而降低了洁净效果和卫生效果。

(3) 容易使污染微粒在上升排出过程中污染其经过的操作点。世界卫生组织(WHO)在其GMP的17. 25条就指出,"洁净区的气流方式应论证,不得存在污染危险,例如应确保人体、生产操作或机器所产生的尘粒不散布到产品的高危险区”,而上送上回则存在这种危险。在洁净走廊由于没有操作点,如用上回则一般不存在这种危险;在特殊场合如下部不能设风口或有遭损坏可能,采用上送上回方式是可以允许的。