1、空空 气气 洁洁 净净 技技 术术8 洁净室原理洁净室原理主要介绍不同类型洁净室的特点，创造洁净环境的原主要介绍不同类型洁净室的特点，创造洁净环境的原理，以及保证洁净室达到一定洁净级别的其它措施。理，以及保证洁净室达到一定洁净级别的其它措施。8.1 控制污染的途径控制污染的途径洁净室分工业洁净生物洁净室，工业用的以控制非生洁净室分工业洁净生物洁净室，工业用的以控制非生物微粒污染为主的是以工业洁净室，典型物微粒污染为主的是以工业洁净室，典型如集成电路、如集成电路、胶片、录音带、录象带生产、精密加工等生产车间胶片、录音带、录象带生产、精密加工等生产车间，制药工业（含化妆品工业）、食品工业，制药工业
2、（含化妆品工业）、食品工业，虽是工业用虽是工业用途途，但以控制生物微粒为主，属生物洁净室，另外手，但以控制生物微粒为主，属生物洁净室，另外手术室，无菌病房，都是生物洁净室。应该指出，所谓术室，无菌病房，都是生物洁净室。应该指出，所谓生物洁净室控制的是生物微粒与工业洁净室控制的微生物洁净室控制的是生物微粒与工业洁净室控制的微粒，对过滤器而言都是微粒，除去（过滤）效率的高粒，对过滤器而言都是微粒，除去（过滤）效率的高低主要取决于粒径，所以控制微粒污染的途径是一样低主要取决于粒径，所以控制微粒污染的途径是一样的：过滤、相应类型的气流组织。对于生物洁净室而的：过滤、相应类型的气流组织。对于生物洁净室而
3、言还辅助有其它灭菌措施，如定期药物薰蒸（甲醛），言还辅助有其它灭菌措施，如定期药物薰蒸（甲醛），药剂清洗，紫外灯照射等。药剂清洗，紫外灯照射等。控制微粒污染的途径分几个方面（保证洁净度的措控制微粒污染的途径分几个方面（保证洁净度的措施）。施）。1）防止、阻止室外微粒进入室内（若室内有辐射的有）防止、阻止室外微粒进入室内（若室内有辐射的有害物，防止扩散到室外）。建筑结构方面门窗的严密害物，防止扩散到室外）。建筑结构方面门窗的严密性，布局合理，对净化系统而言靠气流组织，新风性，布局合理，对净化系统而言靠气流组织，新风量维持室内正压（负压）。设缓冲室或气闸室。量维持室内正压（负压）。设缓冲室或气闸室
4、。2）控制污染源，减少微粒发生量。建筑方面：不产尘、）控制污染源，减少微粒发生量。建筑方面：不产尘、不易积尘、易清扫、无棱角、油漆或特殊涂料、灯具、不易积尘、易清扫、无棱角、油漆或特殊涂料、灯具、吊顶做法，规定：本专业人员，物品进入，空气吹淋吊顶做法，规定：本专业人员，物品进入，空气吹淋减少发生量。减少发生量。3）迅速有效排除室内已经发生的污染。工艺、人员发迅速有效排除室内已经发生的污染。工艺、人员发尘，阻止其扩散，快速排走或稀释到允许浓度；足够尘，阻止其扩散，快速排走或稀释到允许浓度；足够大风量的洁净空气，合理的气流组织，为最主要的部大风量的洁净空气，合理的气流组织，为最主要的部分。兼顾经济
5、性。分。兼顾经济性。8.2 乱流洁净室原理乱流洁净室原理8.2.1乱流洁净室原理乱流洁净室原理洁净室按气流组织来分，最初分二种：一种称层流即后来称为洁净室按气流组织来分，最初分二种：一种称层流即后来称为单向流或平行流洁净室；另一种与之相对应气流流向不平行，单向流或平行流洁净室；另一种与之相对应气流流向不平行，方向不单一，故称之为乱流洁净室，按流态与层流相对应为紊方向不单一，故称之为乱流洁净室，按流态与层流相对应为紊流，而日文中乱流就是紊流的意思。实际上，从流体力学角度流，而日文中乱流就是紊流的意思。实际上，从流体力学角度用雷诺数用雷诺数Re的大小来区分层流紊流，层流洁净室和紊流洁净室的大小来区
6、分层流紊流，层流洁净室和紊流洁净室的流态均属紊流。所以，为区别层流的含意用单向流，乱流也的流态均属紊流。所以，为区别层流的含意用单向流，乱流也称非单向流。现在已有第三种，称辐射流，与前二者有区别。称非单向流。现在已有第三种，称辐射流，与前二者有区别。乱流洁净室的送回风形式：乱流洁净室的送回风形式：1）离效过滤器顶送、侧下回。（视顶棚大小）离效过滤器顶送、侧下回。（视顶棚大小1个或数个，带扩个或数个，带扩散板或无扩散板）图散板或无扩散板）图8-4（a）2）密集流线型散流器顶送、侧下回。图密集流线型散流器顶送、侧下回。图8-4（b）该种散流器专该种散流器专用于净化空调，风量大，下送型。用于净化空调
7、，风量大，下送型。3）洁净室气经高效过滤后由局部孔板顶送。图）洁净室气经高效过滤后由局部孔板顶送。图8-4（c）4）侧送同侧下回。图侧送同侧下回。图8-4(d)常见的乱流形式有常见的乱流形式有a.带扩散板散流器顶送和带扩散板散流器顶送和b密集流密集流线型散流器顶送。从图线型散流器顶送。从图8-4可看出洁净空气从高效过滤可看出洁净空气从高效过滤器风口或局部孔板送出后，流动截面突然扩大，属不器风口或局部孔板送出后，流动截面突然扩大，属不均匀流动，在一些部位形成涡流，由于送出气流要卷均匀流动，在一些部位形成涡流，由于送出气流要卷积周围空气，洁净气流能完全笼罩的面积很少，或者积周围空气，洁净气流能完全
8、笼罩的面积很少，或者说到工作区时气流的洁净度已不如气流出口时高，如说到工作区时气流的洁净度已不如气流出口时高，如d图侧送同侧下回的方式对于普通空调是一种理想的气图侧送同侧下回的方式对于普通空调是一种理想的气流组织，工作区处于回流区送风，温度与室温之间的流组织，工作区处于回流区送风，温度与室温之间的温差已充分衰减，不会对工作区形成干扰。但对于净温差已充分衰减，不会对工作区形成干扰。但对于净化空调而言，该气流组织则应是较差的一种方式，到化空调而言，该气流组织则应是较差的一种方式，到达工作区时，送风射流已经历了很长的射程，充分卷达工作区时，送风射流已经历了很长的射程，充分卷绕了周围的空气，稀释了微粒
9、的浓度，送到工作区的绕了周围的空气，稀释了微粒的浓度，送到工作区的已不是最洁净的空气，但它也符合乱流洁净室的原理，已不是最洁净的空气，但它也符合乱流洁净室的原理，实质就是稀释作用，换气量越大越好。实质就是稀释作用，换气量越大越好。8.2.2 乱流洁净室的风口乱流洁净室的风口（1）送风口（无扩散板）送风口（无扩散板）由于乱流洁净室是通过稀释作用使整个室内的含尘由于乱流洁净室是通过稀释作用使整个室内的含尘浓度降低，达到期允许值，因此，希望其送风口的扩浓度降低，达到期允许值，因此，希望其送风口的扩散性能要强，而高效过滤器本身作为送风口其扩散角散性能要强，而高效过滤器本身作为送风口其扩散角较小，只有十
10、几度，扩散作用范围有限，因而当风口较小，只有十几度，扩散作用范围有限，因而当风口密度较小或间距较大时，采取加扩散板送风的方式，密度较小或间距较大时，采取加扩散板送风的方式，提高其扩散性能，使每个风口能负责更大的区域，图提高其扩散性能，使每个风口能负责更大的区域，图8-8为无扩散板时高效过滤器风口的送风扩散角示意图，为无扩散板时高效过滤器风口的送风扩散角示意图，较小，当风口密度大时可以，当风口较少时如图较小，当风口密度大时可以，当风口较少时如图8-7，大部分区域的空气得不到较好的稀释，图大部分区域的空气得不到较好的稀释，图8-9为无扩散为无扩散板高效过滤器风口的速度场，高效风口尺寸为板高效过滤器
11、风口的速度场，高效风口尺寸为484484mm，四条点划线为实测速度相同点的连线四条点划线为实测速度相同点的连线（等速线），从图中可看出，在距地面（等速线），从图中可看出，在距地面1m处，气流速处，气流速度为度为0.5m/s的作用范围仅的作用范围仅0.50.6m。（1）送风口（有扩散板）送风口（有扩散板）图图8-10为带扩散板高效过滤器风口速度场，图中速为带扩散板高效过滤器风口速度场，图中速度场表示有误，速度场对称轴选错了，但可看出，气度场表示有误，速度场对称轴选错了，但可看出，气流作用范围大多了，流作用范围大多了，0.3m/s速度的作用范围可达近速度的作用范围可达近2m，但速度衰减比无扩散板大
12、，图但速度衰减比无扩散板大，图8-9距地距地1m时，中心部位时，中心部位速度达速度达0.75m/s，而带扩散板中心约而带扩散板中心约0.5m/s，这种扩散这种扩散板由于四周也是孔板形式因而速度很小，两风口中间板由于四周也是孔板形式因而速度很小，两风口中间的上部空间的稀释作用仍很弱，仍可能留有死角，对的上部空间的稀释作用仍很弱，仍可能留有死角，对其进行改进，图其进行改进，图8-11正下方是孔板，四面侧边为条缝正下方是孔板，四面侧边为条缝形，并使四周的条缝的出风速度高于孔板的出风速度，形，并使四周的条缝的出风速度高于孔板的出风速度，使得洁净空气能送到洁净室的各个角落，稀释效果更使得洁净空气能送到洁
13、净室的各个角落，稀释效果更好。好。（2）回风口）回风口对于乱流洁净室，由于是顶送，应该使气流方向与微粒的沉降对于乱流洁净室，由于是顶送，应该使气流方向与微粒的沉降方向相一致，所以一般均采用下部回风，即侧墙下部设回风口，方向相一致，所以一般均采用下部回风，即侧墙下部设回风口，例如省中医院洁净手术室在苏州人民医院洁净手术室四个墙角例如省中医院洁净手术室在苏州人民医院洁净手术室四个墙角设回风口（换气次数大，回风口又有速度限制）。在普通空调设回风口（换气次数大，回风口又有速度限制）。在普通空调中看到大量的上送上回方式送回风口甚至在同一水平面，就气中看到大量的上送上回方式送回风口甚至在同一水平面，就气流
14、组织而言，这不是最佳方案，但有时受到种种限制如装修流组织而言，这不是最佳方案，但有时受到种种限制如装修（侧墙不允许，风道不允许穿过等），只能采用此种方式。而（侧墙不允许，风道不允许穿过等），只能采用此种方式。而洁净室是首先考虑保证洁净度的，外部美观并不重要，所以即洁净室是首先考虑保证洁净度的，外部美观并不重要，所以即使造价大也要做成上送下回的方式，而不会设计成上送上回式，使造价大也要做成上送下回的方式，而不会设计成上送上回式，这是因为送风气流尽管也承担消除内负荷的任务，但主要是稀这是因为送风气流尽管也承担消除内负荷的任务，但主要是稀释室内的含尘浓度的，使达到洁净级别，一般而言，在室内为释室内的
15、含尘浓度的，使达到洁净级别，一般而言，在室内为动态运行情况，到达下部的气流的含尘浓度要高于上部，那么动态运行情况，到达下部的气流的含尘浓度要高于上部，那么由于是上部回风，气流不要返回到顶棚，尽管回风口肯定会设由于是上部回风，气流不要返回到顶棚，尽管回风口肯定会设在周边，但回风气流在上升排出过程中仍然有可能污染所经过在周边，但回风气流在上升排出过程中仍然有可能污染所经过的工作区，这是不允许的，有一种上回方式是可行的，洁净室的工作区，这是不允许的，有一种上回方式是可行的，洁净室下回到洁净室走廊，再由走廊上部回风排走，可避免在下部设下回到洁净室走廊，再由走廊上部回风排走，可避免在下部设回风管道。回风
16、管道。（3）乱流洁净室的效果）乱流洁净室的效果测试研究表明，乱流洁净室能达到的最高洁净度为测试研究表明，乱流洁净室能达到的最高洁净度为1000级，级，室内室内 0.5m微粒不超过微粒不超过 35粒粒/升。由于其升。由于其作用原理的局部性，再高级别实现不了。在实际工程作用原理的局部性，再高级别实现不了。在实际工程中需要时可由其它方式，乱流中设置局部单向流（层中需要时可由其它方式，乱流中设置局部单向流（层流罩）。流罩）。8.3 单向流洁净室原理单向流洁净室原理8.3.1 单向流洁净室的分类单向流洁净室的分类 也称平行流洁净室，原称层流洁净室。分为两种：垂直、水平也称平行流洁净室，原称层流洁净室。分
17、为两种：垂直、水平单向流洁净室。单向流洁净室。（1）垂直单向流洁净室）垂直单向流洁净室顶棚满布高效过滤器送风，有四种形式图顶棚满布高效过滤器送风，有四种形式图8-12，图，图8-13，地板，地板全部为格棚回风口，送风气流从顶部静压箱经过高效过滤器后全部为格棚回风口，送风气流从顶部静压箱经过高效过滤器后像活塞一样推向地面，被风机吸入地板下回风负压的静压层。像活塞一样推向地面，被风机吸入地板下回风负压的静压层。房间的任何位置都可获得高洁净度的气流，因而工艺设备可以房间的任何位置都可获得高洁净度的气流，因而工艺设备可以任意布置。造价高、维护费用高、更换、检漏困难；任意布置。造价高、维护费用高、更换、
18、检漏困难；顶棚上部侧面布置高效过滤器，顶棚阻尼层送风，全地板格顶棚上部侧面布置高效过滤器，顶棚阻尼层送风，全地板格栅回风，图栅回风，图8-14，空气进入静压层之前先通过侧面布置的高效，空气进入静压层之前先通过侧面布置的高效过滤器，然后经顶部的开孔率很大的孔板送到室内。为了使孔过滤器，然后经顶部的开孔率很大的孔板送到室内。为了使孔板出风口均匀，在孔板上设置一用尼龙纱网和轻型框架阻尼层，板出风口均匀，在孔板上设置一用尼龙纱网和轻型框架阻尼层，这样空气送入室内也能形成活塞式的单向流，较第一种造价低。这样空气送入室内也能形成活塞式的单向流，较第一种造价低。顶棚和侧面双布高效过滤器送风，全地板格栅回风（
19、图顶棚和侧面双布高效过滤器送风，全地板格栅回风（图8-15），相当于在第一种方式基础上又加了一级高效过滤，其目），相当于在第一种方式基础上又加了一级高效过滤，其目的除了可获得更高的洁净度外，还要减少顶棚高效过滤器的更的除了可获得更高的洁净度外，还要减少顶棚高效过滤器的更换和检漏，实际上顶棚上的高效过滤器已不容尘了，只更换侧换和检漏，实际上顶棚上的高效过滤器已不容尘了，只更换侧面的高效过滤器就行了，维护费用较第一种小些。面的高效过滤器就行了，维护费用较第一种小些。全顶棚送风，两侧下回风（图全顶棚送风，两侧下回风（图8-17），较前三种形式，相对），较前三种形式，相对简易了些，省去了回风地板格栅和
20、静压层及龙骨支架等费用，简易了些，省去了回风地板格栅和静压层及龙骨支架等费用，因此有人称其为因此有人称其为准层流（单向流）准层流（单向流）洁净室，实践表洁净室，实践表明，这种洁净室明，这种洁净室在室宽小于在室宽小于6米时米时可以达到可以达到100级。级。（2）水平单向流洁净室）水平单向流洁净室有两种形式：有两种形式：送风侧墙满布高效过滤器水平送风，对面全墙面回风（图送风侧墙满布高效过滤器水平送风，对面全墙面回风（图8-18），送风气流像活塞水平推进，回风墙一般满布中效过滤器），送风气流像活塞水平推进，回风墙一般满布中效过滤器或亚高效过滤器。这种气流组织方式较垂直平行流无论从一次或亚高效过滤器。
21、这种气流组织方式较垂直平行流无论从一次投资还是运行维护费用都节省，但动态情况沿送风气流方向会投资还是运行维护费用都节省，但动态情况沿送风气流方向会形成不同的洁净度，紧靠送风墙的区域洁净度最高，邻近回风形成不同的洁净度，紧靠送风墙的区域洁净度最高，邻近回风墙则微粒浓度最高，墙则微粒浓度最高，因此布置工艺时应因此布置工艺时应按主次排序。按主次排序。“隧道式隧道式”单向流送风单向流送风（图图8-19）所谓隧道式（单向流）是取一端向很远延伸、没有尽头的所谓隧道式（单向流）是取一端向很远延伸、没有尽头的意思，具体是指有高效过滤器送风墙但对面没有回风墙，空气意思，具体是指有高效过滤器送风墙但对面没有回风墙
22、，空气一直向前送，没有回路（回风），因而高效过滤器过滤的是周一直向前送，没有回路（回风），因而高效过滤器过滤的是周围环境的空气。很显然，隧道式单向流洁净室应设在洁净环境围环境的空气。很显然，隧道式单向流洁净室应设在洁净环境之内，只不过它创造的环境洁净度再高一些。实际上，上述各之内，只不过它创造的环境洁净度再高一些。实际上，上述各种单向流洁净室都处在较洁净的大空间之中或处在洁净房间的种单向流洁净室都处在较洁净的大空间之中或处在洁净房间的包围之中。包围之中。（3）局部单向流（层流）罩）局部单向流（层流）罩 前述垂直、水平单向流洁净室是在整个房间内实现单向流，前述垂直、水平单向流洁净室是在整个房间内
23、实现单向流，在实际应用中还有许多工艺要求在大洁净室中的局部要求更高在实际应用中还有许多工艺要求在大洁净室中的局部要求更高的洁净度，如在十万级洁净室中有一条百级的作业线，由层流的洁净度，如在十万级洁净室中有一条百级的作业线，由层流罩实现，罩下部刚性，人员活动区可以柔性，用透明薄膜与周罩实现，罩下部刚性，人员活动区可以柔性，用透明薄膜与周围隔开，原理与单向流洁净室是一样的。围隔开，原理与单向流洁净室是一样的。8.3.2 单向流洁净室原理单向流洁净室原理 在单向流洁净室内，由于送风面（顶棚或墙面）满布高效过滤在单向流洁净室内，由于送风面（顶棚或墙面）满布高效过滤器，所以气流是充满全室断面的，气流沿断
24、面没有变化，断面器，所以气流是充满全室断面的，气流沿断面没有变化，断面流速均匀，流线方向一致并平行，没有乱流室的那种涡流产生，流速均匀，流线方向一致并平行，没有乱流室的那种涡流产生，是为单向流的特征。由于送风气流像活塞一样向前平推，所以是为单向流的特征。由于送风气流像活塞一样向前平推，所以它的净化原理不是靠稀释作用，而是靠活塞一样的它的净化原理不是靠稀释作用，而是靠活塞一样的平推平推将室内将室内含尘浓度高的空气沿整个断面推出室外，因而可以达到较高的含尘浓度高的空气沿整个断面推出室外，因而可以达到较高的洁净度。图洁净度。图8-22形象地图示单向洁净室的原理，由于要实现断形象地图示单向洁净室的原理
25、，由于要实现断面流速均匀的向前平推作用，气流量相当大，垂直单向流换气面流速均匀的向前平推作用，气流量相当大，垂直单向流换气次数次数250500次次/h，水平单向流水平单向流200300次次/h，而乱流洁净室相对而乱流洁净室相对小得多，小得多，1560次次/h，洁净空调运行费用高也体现在这里。洁净空调运行费用高也体现在这里。现在单向流的概念有所松动，指在有限的区域内的全部空现在单向流的概念有所松动，指在有限的区域内的全部空气沿平行流线以等速流动，就是说不一定在整个房间都保证具气沿平行流线以等速流动，就是说不一定在整个房间都保证具备单向流的特征，而在一部分区域如工作区空间保证单向流也备单向流的特征
26、，而在一部分区域如工作区空间保证单向流也算作单向流洁净室，所以送风顶棚或墙面的高效过滤器未完全算作单向流洁净室，所以送风顶棚或墙面的高效过滤器未完全布满，即满布比不足布满，即满布比不足80%，以及密集布置的流线性散流器顶送，以及密集布置的流线性散流器顶送以及全孔板顶送，只要风量足够大，都可实现单向流。以及全孔板顶送，只要风量足够大，都可实现单向流。8.4 单向流洁净室的三顶特性指标单向流洁净室的三顶特性指标 前面提到单向流洁净室的特征：流动断面不变，流速均匀、前面提到单向流洁净室的特征：流动断面不变，流速均匀、平行，没涡流，要保证活塞作用，需大风量，所以描述单向流平行，没涡流，要保证活塞作用，
27、需大风量，所以描述单向流洁净室效果，可用洁净室效果，可用流线平行度流线平行度、乱流度乱流度和和下限风速下限风速三个指标。三个指标。8.4.1 流线平行度流线平行度 该指标考核洁净室内尘源散发的尘粒有无可能垂直气流方向该指标考核洁净室内尘源散发的尘粒有无可能垂直气流方向作横向传播，或传播范围是否在允许范围之内。如图作横向传播，或传播范围是否在允许范围之内。如图8-20、图、图8-21，实际平行流线有横向的分速度，只是大小不同，以垂直平实际平行流线有横向的分速度，只是大小不同，以垂直平行流洁净室为例，工作区范围为距地行流洁净室为例，工作区范围为距地75180cm，尘源为人员，尘源为人员，活动范围（
28、工位）活动范围（工位）1米，要求避免尘粒作横向传播的概念：本人米，要求避免尘粒作横向传播的概念：本人所发尘粒被送风带走，不会传到左右工位，图所发尘粒被送风带走，不会传到左右工位，图8-25人站立操作，人站立操作，从高度从高度180cm处发出的尘粒，允许横传的最大距离为处发出的尘粒，允许横传的最大距离为50cm，与与水平高的夹角为水平高的夹角为 ，此为最低限度值，为第一个要，此为最低限度值，为第一个要求。另外流线间倾斜程度不能太大，每求。另外流线间倾斜程度不能太大，每cm距离流线的夹角的增距离流线的夹角的增大不超过大不超过0.5，以免产生涡流，以免产生涡流。655.005.1arctg8.4.2
29、 乱流度乱流度 考核洁净室由于速度场不均匀导致速度的脉动性增考核洁净室由于速度场不均匀导致速度的脉动性增强而引起质点不能按原流线运动，参混到其它位置，强而引起质点不能按原流线运动，参混到其它位置，导致污染。图导致污染。图8-30为空调房间速度场脉动实测结果，为空调房间速度场脉动实测结果，实际脉动是三维的。乱流度表达式实际脉动是三维的。乱流度表达式单向流洁净室要求单向流洁净室要求u0.2 unuuiu28.4.3 下限风速下限风速（1）单向流洁净室气流速度的作用单向流洁净室气流速度的作用 前面提到单向流洁净室的换气次数很大，一般为前面提到单向流洁净室的换气次数很大，一般为150次次/h以上，以上
30、，这个风量由洁净室送风的垂直（水平）截面的平均风速为准来这个风量由洁净室送风的垂直（水平）截面的平均风速为准来计算的，而乱流洁净室的换气次数则由稀释污染物到允许浓度计算的，而乱流洁净室的换气次数则由稀释污染物到允许浓度计算的。对于单向流洁净室计算的。对于单向流洁净室Q=3600vF，应有应有vvmin，vmin是在是在运行中必须要保证的最小风速，称为下限风速，现讨论下限速运行中必须要保证的最小风速，称为下限风速，现讨论下限速确定的因素，也就是在单向流洁净室维持一定流速的作用。确定的因素，也就是在单向流洁净室维持一定流速的作用。1)当污染气流多方向散布时，送风气流要能有效控制污染的范当污染气流多
31、方向散布时，送风气流要能有效控制污染的范围，包括纵向的高度和横向距离（围，包括纵向的高度和横向距离（0.5m）。）。2)当污染气流与送风气流方向相同，送风气流要有效地控制其当污染气流与送风气流方向相同，送风气流要有效地控制其在下游扩散的范围。在下游扩散的范围。3)当污染气流与送风气流方向逆向时，送风气流能控制其上升当污染气流与送风气流方向逆向时，送风气流能控制其上升或前进的距离。或前进的距离。4)在洁净室被污染的情况下，在短时间内使室内空气自净。在洁净室被污染的情况下，在短时间内使室内空气自净。四项均能求出一个风速，四个风速中最大者（同时满足）即为四项均能求出一个风速，四个风速中最大者（同时满
32、足）即为下限风速。下限风速。（2）控制多方位污染的风速）控制多方位污染的风速多方位污染指从尘源向三维方向散发的（微粒）污染，包括静多方位污染指从尘源向三维方向散发的（微粒）污染，包括静止的尘源和活动的尘源（人）。止的尘源和活动的尘源（人）。1)控制尘源的污染包络线（静止）控制尘源的污染包络线（静止）如图，如图，v为送风平行气流的速度，点源向四周发散污染气流，为送风平行气流的速度，点源向四周发散污染气流，流量为流量为Q，球坐标下则平行流场的流函数为球坐标下则平行流场的流函数为（1）点源流场的流函数点源流场的流函数 （2）叠加流场的流函数为叠加流场的流函数为 （3）221sin21Rvcos42Q
33、cos4sin212221QQRv 当送风气流速度等于污染气流速度时，在当送风气流速度等于污染气流速度时，在z轴方向的轴方向的污染气流即被抑制在污染气流即被抑制在a点，称为驻点，其它方向的污染点，称为驻点，其它方向的污染气流被抑制在气流被抑制在b点，点，c点点，送风平行气流到达，送风平行气流到达a点后点后开始折拐，沿着开始折拐，沿着b、c、d等点前进，这说明污染气流到等点前进，这说明污染气流到达达a、b、c这条线时，各方向的分速度均已消失，污染这条线时，各方向的分速度均已消失，污染气流不能穿越这条流线，而被包络在这一流线的下方，气流不能穿越这条流线，而被包络在这一流线的下方，因此，把这条流线称
34、为污染包络线。因为包络线是通因此，把这条流线称为污染包络线。因为包络线是通过过a、b、c点的流线，对于点的流线，对于a点，点，=180，其流函数，其流函数值值 （4）代入（代入（3）式）式 （5）4Qcos4sin21422QQRvQ实际上污染源不会是一个点，应有一定大小，设其半径为实际上污染源不会是一个点，应有一定大小，设其半径为r，在在r球面上的速度为球面上的速度为v，则代入（则代入（5）式化简得）式化简得（6）这就是通过这就是通过a、b、c各点的流线也就是污染包络线的轨迹方程。各点的流线也就是污染包络线的轨迹方程。由（由（6）式给出的包络线和实测出的微粒分布边界线差别较大，）式给出的包络
35、线和实测出的微粒分布边界线差别较大，其原因是污染气流的速度衰减比按球面计算慢得多；污染其原因是污染气流的速度衰减比按球面计算慢得多；污染气流横向伸展的范围比计算的包络线范围大得多，所以根据实气流横向伸展的范围比计算的包络线范围大得多，所以根据实测结果对（测结果对（6）式进行修正，在为一个半经验公式）式进行修正，在为一个半经验公式（7）R称为污染半径称为污染半径 cos1414.1vvrRcos1cos17.55.1vvrR 从（从（7）式可看出）式可看出r（污染源大小）对污染源大小）对R的影响要大于的影响要大于v的影响。按我们前面讲过在工作区高度范围，不允许的影响。按我们前面讲过在工作区高度范
36、围，不允许污染源散布的物质扩散到污染源散布的物质扩散到0.5m以外（横向），这时以外（横向），这时=90，R50cm代入（代入（7）式可得污染气流的速度与送）式可得污染气流的速度与送风气流的速度比与风气流的速度比与r的关系的关系（8-8）从上式可看出，若要保证污染半径不大于从上式可看出，若要保证污染半径不大于50cm，如如果污染源半径为果污染源半径为10cm，则送风气流速度必须为污染气则送风气流速度必须为污染气流速度的流速度的1.3倍以上，当污染源的半径很小时，可以允倍以上，当污染源的半径很小时，可以允许取较小的速度。许取较小的速度。25.322500rvv2)控制人发尘的影响半径所需的速度（
37、动态尘源）控制人发尘的影响半径所需的速度（动态尘源）表表8-2是人做不同动作时的单位时间发尘量值，大是人做不同动作时的单位时间发尘量值，大体在每分钟每人几万到几百万之间。体在每分钟每人几万到几百万之间。5组数据来自日本组数据来自日本文献。但人是活动的，不可能作出污染包络线，但可文献。但人是活动的，不可能作出污染包络线，但可以测出其在各种风速下发尘的影响半径。图以测出其在各种风速下发尘的影响半径。图8-36为实为实测结果曲线，测结果曲线，a、b为测点距人体为测点距人体5cm，c、d为为30cm，从从d图可看出当送风速度达到图可看出当送风速度达到0.24m/s左右，反复蹲立左右，反复蹲立的发尘量到
38、的发尘量到30cm处已降到处已降到0.2粒粒/L，而反复旋转发尘量而反复旋转发尘量已降到已降到0.5粒粒/升，已远低于升，已远低于100级洁净室的上限浓度。级洁净室的上限浓度。（3）控制同向污染扩散范围所需的风速）控制同向污染扩散范围所需的风速 由于污染扩散方向与送风气流相同，若送风速度较小，将由于污染扩散方向与送风气流相同，若送风速度较小，将不能有效控制其沿途横向扩散的可能，实验结果表明要控制污不能有效控制其沿途横向扩散的可能，实验结果表明要控制污染在下游扩散范围在左右各染在下游扩散范围在左右各0.5m之间，送风速度不能小于之间，送风速度不能小于0.3m/s，图图8-37即为实验曲线。即为实
39、验曲线。（4）控制逆向污染所需风速）控制逆向污染所需风速1)对于垂直单向流洁净室，其逆向污染气流就是从热源上升的对于垂直单向流洁净室，其逆向污染气流就是从热源上升的热气流，热气流上升的速度与热源的特征尺寸以及表面温度与热气流，热气流上升的速度与热源的特征尺寸以及表面温度与室温之差有关，表室温之差有关，表8-3就是计算出扼制热气流污染扩散所需的送就是计算出扼制热气流污染扩散所需的送风速度和热源参数的关系表，可看出风速度和热源参数的关系表，可看出t大和当量直径大都需要大和当量直径大都需要较大的送风速度。较大的送风速度。2)对于水平单向流洁净室，其逆向污染气流是人员行走引起的对于水平单向流洁净室，其
40、逆向污染气流是人员行走引起的二次气流，在第二次气流，在第6章已作介绍，人员行走形成的二次气流速度约章已作介绍，人员行走形成的二次气流速度约为人行速度的为人行速度的0.20.4倍，倍，vmax=0.21+0.13v，人行人行v=1m/s，二次二次气流气流vmax=0.34m/s，人行人行v=2m/s，vmax=0.48m/s，要控制人行走要控制人行走速度。速度。（5）满足合适的自净时间所需的风速）满足合适的自净时间所需的风速 洁净室自净时间即空气置换的时间长短，与单位时洁净室自净时间即空气置换的时间长短，与单位时间的换气次数成反比，换气次数大自净时间短，换气间的换气次数成反比，换气次数大自净时间
41、短，换气次数又体现在送风速度上，图次数又体现在送风速度上，图8-28为自净时间与送风为自净时间与送风速度的关系实验曲线，当速度的关系实验曲线，当v=0.25m/s时，自净时间为时，自净时间为60s，再加大速度，自净时间的缩短已不明显。再加大速度，自净时间的缩短已不明显。（6）建议速度）建议速度 四种情况各有所需的风速，若四种情况同时存在，四种情况各有所需的风速，若四种情况同时存在，则选其中最大的风速作为下限风速，表则选其中最大的风速作为下限风速，表8-4把各种情况把各种情况所需的风速列在一起，表所需的风速列在一起，表8-5则是区分不同情况给出下则是区分不同情况给出下限风速的建议值，对垂直单向流
42、限风速的建议值，对垂直单向流0.25m/s，水平单向水平单向流流0.35m/s。8.5 辐流洁净室原理辐流洁净室原理8.5.1 辐流洁净室的形式辐流洁净室的形式 一种新的洁净室形式，在国内最早出现是一种新的洁净室形式，在国内最早出现是92年哈建大年哈建大硕士论文，现在没有见到实用阶段的报导。图硕士论文，现在没有见到实用阶段的报导。图8-39为为辐流洁净室立体示意图，其送风装置为制成截面扇形辐流洁净室立体示意图，其送风装置为制成截面扇形的高效过滤风口，回风在对侧下部回风。的高效过滤风口，回风在对侧下部回风。8.5.2 辐流洁净室原理及特点辐流洁净室原理及特点 由于送风、回风方式及大风量决定了它的
43、净化原理即不同于由于送风、回风方式及大风量决定了它的净化原理即不同于单向流的单向流的“活塞活塞”平推作用，也不靠送风与室内空气充分混合平推作用，也不靠送风与室内空气充分混合来稀释微粒浓度，而是一种斜推作用，使污染空气从斜下方排来稀释微粒浓度，而是一种斜推作用，使污染空气从斜下方排出，图出，图8-40，8-41分别为计算模拟流场和实验流场，可看出，分别为计算模拟流场和实验流场，可看出，气流遇到阻挡物时才有局部涡流产生，所以理论和实验都支持气流遇到阻挡物时才有局部涡流产生，所以理论和实验都支持斜推的原理。其实测用的辐流洁净室是模拟室斜推的原理。其实测用的辐流洁净室是模拟室1.51.51米，米，其浓
44、度场亦是通过实测和计算模拟两种方式进行的，图其浓度场亦是通过实测和计算模拟两种方式进行的，图8-42为为实测浓度场，污染源为芭兰香，点燃后扩散烟气，在送风气流实测浓度场，污染源为芭兰香，点燃后扩散烟气，在送风气流作用下形成污染包络线，即污染粒子扩散不出去被推走，包络作用下形成污染包络线，即污染粒子扩散不出去被推走，包络线范围内粒子最大浓度线范围内粒子最大浓度2773粒粒/L，与计算模拟浓度场相吻合，与计算模拟浓度场相吻合，其特点：流线不交叉，与单向流相似，所不同是弯曲的，能其特点：流线不交叉，与单向流相似，所不同是弯曲的，能在较短的路径将污染物排出；回风口对流场和浓度场的影响在较短的路径将污染
45、物排出；回风口对流场和浓度场的影响较小，但决定大流向趋势；能实现较小，但决定大流向趋势；能实现100级，为实验结果。建议级，为实验结果。建议的设计参数：房间高长比的设计参数：房间高长比0.51，太高会影响斜推效果，扇形送，太高会影响斜推效果，扇形送风口面积约为所在墙面积风口面积约为所在墙面积1/3，送风速度，送风速度0.450.55m/s，造价低造价低于单向流，但高效过滤器需特制。于单向流，但高效过滤器需特制。8.6 洁净室的压力洁净室的压力 洁净室在功能上三个特点：防止产尘、阻止进尘、洁净室在功能上三个特点：防止产尘、阻止进尘、有效排尘。维持洁净室压力是保证洁净室免受相邻环有效排尘。维持洁净
46、室压力是保证洁净室免受相邻环境污染的重要措施。境污染的重要措施。8.6.1 静压差的物理意义静压差的物理意义 静压差是指洁净室与相邻房间通过送回风人为维持静压差是指洁净室与相邻房间通过送回风人为维持的一个相对压差，所反映的实际是在正常状态下一定的一个相对压差，所反映的实际是在正常状态下一定风量通过洁净室与邻室之间的门窗缝隙或孔口时的阻风量通过洁净室与邻室之间的门窗缝隙或孔口时的阻力值，若突然开启门窗，这时仍靠原送回风维持不了力值，若突然开启门窗，这时仍靠原送回风维持不了已有正压值。静压差很容易测出，用已有正压值。静压差很容易测出，用U型管或微压计都型管或微压计都行。行。若形成静压差的两边的压力
47、值分别为若形成静压差的两边的压力值分别为P1、P2，则按流体力学知则按流体力学知识识（8-9）1 1突然收缩局阻突然收缩局阻 F2/F1=0 1 1=0.5=0.52 2突然扩大局阻突然扩大局阻 F1F2=0 2 2=1=1 hw沿程摩擦阻力，很短可忽略。沿程摩擦阻力，很短可忽略。通过该式可得出流量与压差的关系，由压差产生通过缝隙的通过该式可得出流量与压差的关系，由压差产生通过缝隙的 速度速度流量流量该流量即为维持正压所需的风量，实际也是送风量与回风量的该流量即为维持正压所需的风量，实际也是送风量与回风量的差值。差值。whvPPP222121PPv22121PFPFFvQ228.6.2 静压差
48、的作用静压差的作用(1)防止污染从缝隙进入室内；防止污染从缝隙进入室内；(2)开门时保证气流是开门时保证气流是向外的，尽可能减小人员进入带进的污染，对向外的，尽可能减小人员进入带进的污染，对100级洁级洁净室，要求在开门时室内距门净室，要求在开门时室内距门60cm处的含尘浓度不超处的含尘浓度不超过过100级的上限浓度。级的上限浓度。8.6.3 静压差的确定静压差的确定分四种情况：分四种情况：（1）洁净室与邻室间静压差的确定）洁净室与邻室间静压差的确定目的：防止缝隙渗透。两侧是稳定的，一般所需压差很小，如目的：防止缝隙渗透。两侧是稳定的，一般所需压差很小，如1个个Pa的压差可在缝隙之间产生的压差
49、可在缝隙之间产生1.06m/s渗透速度，但太小的压力渗透速度，但太小的压力很不稳定，实测时液面不稳，很不稳定，实测时液面不稳，1/10mmH2O柱根本看不出来，所柱根本看不出来，所以，我们习惯上用以，我们习惯上用5Pa即即0.5mm水柱作为基本压差值，而西方习水柱作为基本压差值，而西方习惯用惯用0.05in作压差值，作压差值，1.27mmH2O，12.4Pa。（2）洁净室与室外之间静压差的确定洁净室与室外之间静压差的确定当洁净室与室外相邻的围护结构上有门窗缝隙，这时为防止缝当洁净室与室外相邻的围护结构上有门窗缝隙，这时为防止缝隙渗透的需的静压要比第一种情况大得多，因为正压值要足以隙渗透的需的静
50、压要比第一种情况大得多，因为正压值要足以抵御室外可能形成的风压值。风在建筑物迎风面形成的压力与抵御室外可能形成的风压值。风在建筑物迎风面形成的压力与风速的平方成正比风速的平方成正比 PaC为风压系数，取为风压系数，取0.9。22uCP 表表8-6为我国为我国10个代表城市，各个方向的风速值，分个代表城市，各个方向的风速值，分强、中、弱三个区，但有几个城市，乌鲁木齐、西安、强、中、弱三个区，但有几个城市，乌鲁木齐、西安、呼和浩特等与规范统计不符都为平均值。呼和浩特等与规范统计不符都为平均值。如果洁净室处于大连市，北向风速为如果洁净室处于大连市，北向风速为6.6m/s所形成所形成风压达到风压达到2
