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[洁净空调系统] 医用洁净送风天花的速度场和抗干扰能力的数值模拟分析

医用洁净送风天花的速度场和抗干扰能力的数值模拟分析

摘要:应用k -ε两方程模型,对医用洁净送风天花的速度场、室外的干扰对室内的影响进行了数
值模拟分析。
关键词: 速度场; 数值模拟; 空调 ; 医用清洁室
1 引言
模型Ⅰ级手术室大小:5900mm× 4900mm ×2700mm (长×
宽×高),其透视图见图1(实验室为八角形,未予改正)。送
风口采用苏净集团安泰空气技术有限公司依据阻漏层理论[1]开
发生产的洁净送风天花送风,其轴测图见图2,尺寸为:2600mm
× 2400mm,由四块(尺寸为1400mm × 1100mm,1400mm ×
1100mm,1300mm × 1200mm,1300mm × 1200mm)拼装而成,
高度为350mm。模型Ⅰ级手术室采用两短边(长度为4900mm)
下回风,回风口采用定风向可调风量百叶回风口,回风口下沿
距地面140mm,高350mm。

2 数值模拟方法
本文采用应用范围最广的k -ε两方程模型,这种模型已
经被证实是室内气流模拟的最好模型之一,在暖通空调领域,
基本上都采用k -ε双参数模型进行流场的数值模拟,国内外
许多文献[2~6]采用了该模型,得到了满意的结果。数学模型及
相应的边界条件详见文献[7]。
3 速度场模拟结果
以下是送风速度为0.45m/s时的速度场模拟结果,模拟断
面如图3。
图4~8为送风速度0.45m/s时速度场模拟状况,从图中可
以看出


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Re:楼主

a)主流区气流带动周边区气流一起流动,四块阻漏层之
间的盲区处不存在涡流,该处的空气随送风一起流动;等值
线在主流区内几乎是平行的直线,主流区的气流流线平行性

较好,这是由于送风面的气流均匀且送风面的满布比大
(94%)的原因[7] ;工作断面速度(0.25 ~0.35 m/s)能达到下
限风速要求,且比较均匀。
b)B-B断面(有回风)上周边区不存在局部的涡流,但
在A-A断面(无回风)上周边区有空气的回流现象,由于AA
断面上周边区有空气的回流,因此,如果有污染源的存在,
污染就不会及时的全部排走。因此局部百级所控制的区域的
制冷空调
与电力机械                  
No.4/2002
总第88 期 第23 卷
操作区应该与回风口所在的洁净室的侧壁平行,这样操作区
所散发的尘粒会及时排走。以手术室为例,手术床就应和回
风口所在的手术室的侧壁平行,这样手术人员就不会在涡流
区里工作,有利于手术人员散发的尘粒及时排走。
c)等值线之间的距离沿实验室高度方向由上到下是逐渐
减小的,说明速度衰减率(单位长度上的速度减小值)沿实验室高
度方向由上到下是逐渐增大的。
4 阻漏层局部百级送风有外部干扰时的洁净度
实验室的门是室外污染进入实验室的通道,不论是热压
还是风压或是人的进出门的走动,都会在门的断面上形成一
定的空气流动,如果空气流动的方向是向室外的,室外的污
染不会对室内产生太大影响,如果空气流动的方向是向室内
的,室外的污染则会对室内产生影响,这种影响有多大,本
课题进行了数值模拟分析。假设污染微粒的跟随性很强,其
侵入室内的范围为从门到水平的侵入空气流速为零的断面之
间的区域。污染气流的流速取0.
4m/s,即人行走引起二次气流速度
(0.2~0.4m/s) [8]的最大值。为了解这
样一个大的风速对室内的影响,
选择了图9所示的断面。
模拟结果参见图10~图15。
将图10 ~图15和图4 ~图8对比一下,发现:
a)流线明显沿水平侵入气流方向倾斜,在1-1断面流线
偏斜角度最大, 为12 o,如图10。受影响最大的是室内门口附
近的区域 ; 最大侵入距离为620mm(1-1断面和2-2断面),
最小侵入距离为310mm(3-3断面) ;但实际的流线偏斜角度
和侵入距离小于模拟的流线偏斜角度和侵入距离,这是因为
模拟的侵入气流是布满整个门的断面的,而实际上入侵气流
都是局部的,因为门总是不全开的,同时人走动时引起的二
次气流只限于人的周围很小的区域。
b)涡流区增大,主流区减小,主流区诱引风量加大;污
染气流的侵入范围仅限于门附近的周边区,主流区受影响比
较小;受实验室内门附近气流的带动,侵入气流的方向向上
偏转,在1-1断面这部分向上的气流会有一部分进入室内,对
周边区的浓度场产生影响,由于这个区域距离回风区很近,
这种影响会很快排除,不至于对主流区造成太大的影响。
以上模拟结果和实验值很接近,本文只介绍数值模拟结
论,其余另文发表





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Re:楼主

5 结语
医用洁净送风天花的流场状况良好,满布比大,能把来
自外部的干扰控制在很小的范围之内。
参考文献:
[1] 许钟麟,张益昭,张彦国,等. 洁净空间新型气流分布末端——阻
漏层的理论[J]. (国家自然科学基金资助项目分论文之一). 建筑科
学,1999,21(1).
[2] 王洁,许钟麟. 洁净隧道层流罩抗污染干扰性能的研究[J]. 暖通空
调,1995,25(5): 34~38.
[3] 魏学孟,樊洪明,张维功. 矢流洁净室模拟与实验研究[A]. 全国
暖通空调制冷学术年会论文集[C]. 1994: 232~235.
[4] Mcguirk J J, Rodiw.The calculatioa of three-dimensional
tur- bulent free jets,turbulent shear flow I [Z].1979.
[5] 徐伟. 全面孔板等温送风气流的数值模拟[D]: [ 硕士学位论文]. 北
京:中国建筑科学研究院,1990.
[6] 刘华. 洁净空间影响局部百级工作区速度场因素的研究[D]: [硕士
学位论文]. 北京:中国建筑科学研究院,2000.
[7] 牛维乐. 阻漏层局部百级送风的气流均匀性和抗干扰性研究[D]:
[硕士学位论文]. 北京:中国建筑科学研究院,2002.
[8] 许钟麟. 空气洁净技术原理[M]. 上海: 同济大学出版社,1998.
通过膨胀阀减压(与压缩机中间压力相同)后,送到节能器
的入口。在节能器内,通过膨胀阀减压后的中温及中压的冷
媒流经节能器的盘管内与管外的高温高压冷媒进行热交换,
高温高压的冷媒再通过膨胀阀变成低温低压的冷媒。而中温
中压的冷媒被直接吸入到压缩机的中压腔,降低了进入蒸发
器制冷剂的焓值,从而提高了制冷循环的效率。
4 结语
带有节能器的制冷循环,特别是蒸发温度较低时,具有明
显的节能效果。目前,带有节能器的螺杆压缩式热泵机组,能
节省能耗约20%~30%。我国最大的螺杆压缩机组生产厂家——
武汉新世界制冷有限公司(原武汉冷冻机厂)是我国500强企业
之一,该厂把节能器技术作为一个高级技术应用于螺杆压缩式
制冷机组。日本空调设备厂家生产的风冷热泵机组是处在世界
水平的前列,也较广泛地采用节能器技术。
螺杆式压缩机相比其它形式的压缩机在目前存在较大的
优势,节能器以它明显的节能效果有广阔研究开发空间,值
得我们同行重视
参考文献:
[1] 电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册 [M].北京:中
国建筑工业出版社,1999.
[2] 岳孝方,陈汝东.制冷技术与应用 [M].上海:同济大学出版社,
1992.



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