您当前位置：网站首页 > 新闻资讯新闻资讯
洁净室气流分析之单向流
2025/1/20
在洁净技术中，自美国FS209C将洁净室中的气流流动分为单向流和非单向流后，这一名词被广泛采用。
单向流的概念
从流体力学的角度，描述流体的流态，按质点的速度是否随时间变化分为稳定流动和非稳定流动。 按流速是否随流向变化，分为均匀流动和非均匀流动。不均匀流动又分为渐变流动和急变流动。
空调系统运行稳定一般属恒定流动。洁净室中的气流流动除天棚满布、高效过滤器送风棗满布地板格栅回风的典型流动性属均匀流动外，均属不均匀流动。
在稳定流动中，按Re数判断可分为层流和紊流。
洁净室中，由于断面积大，既或在稳定流动中也不属于层流。只有在洁净管道中可能形成层流。
洁净室的流态分类（以下均以美国FS209为例）最早分为层流和乱流。
美国FS209C开始将层流改称单向流，乱流改称非单向流。这一名称显然比较贴切。 FS209C（1987年10月27日发布）："气流以一个平行的方向沿单一通道穿过洁净室或洁净区"； FS209D（1989年6月15日发布）："一般具有平行流线，以单一通路、单一方向通过洁净室或洁净区的气流"； FS209E（1992年9月11日发布）："一般具有平行流红，以单一方向并且横断面上风速一致的气流。"综上所述，洁净室中形成单向流有三个条件，也就是单向流的三要素：气流速度、流线不均匀度、气流平行度。但对三要素均无定量的数值限制。
FS209E已被废止，但国际标准ISO14644和我国<洁净厂房设计规范>GB50073，有关单向流的描述，仍沿用FS209E的提法。
单向流三要素分析
1、气流速度
气流速度的选择应该使整个气流均匀流动不发生滞留区。不发生滞留区气流速度必须大于0.08m/s。一般洁净室层高H=2.5∽3.5m当υ≥0.08m/s时，则n≈100次/时，这就是洁净出现单向流状态必须满足的最小换气次数。
气流速度应能抵抗人员活动、热浮升的干扰，在水平单向流中还应抵抗尘粒自由沉降的影响。 当人员活动时，就相当于有外力作用在尘粒上。某一物体受到外力作用就会产生一个初速度，这些速度下物体会发生运动。当外力消失后，该物体就获及的瞬时速度，机械力（人员的活动）基本不影响尘粒的转移，外力消失后，尘粒会继续沿流线流动。
粒子能否随气流移动取决于尘粒的悬浮速度的大小。 尘粒的悬浮速度甚微，只要有微弱气流就可以将其带走。
一般成年人的发热量为0.1Kw，在静止的空气中在人体头部上方可产生0.2m/s的上升气流。所以垂直单向流的风速要克服此热浮升的速度。
综上，对垂直单向流，气流速度υ≥0.25m/s可以满足要求。 在水平单向流中，尘粒除随气流运动外，还受到一个重力作用，但粒子沉降的距离很小，不会太脱离原流线。 由上而分析，无论垂直单向流还是水平单向流的气流速度取υ≥0.25m/s均足够。水平单向流可适当提高一点流速。
以上分析的是气流按等温送风计算，如果室内有强热源，则另当别论，需采取其它措施。
2、气流速度的不均匀度
洁净技术发展初期，对气流的不均匀度要求很严格。 美国FS209B规定：不均匀度在±20%以内。此规定没有说明以那个速度为基准值，是设计风速还是断面风速的实测平均值。一般认为其准值是断面实测的平均风速。
美国FS209以后，删掉了气流不均匀度的要求。这显然是长期实践得出的认识。
从长期对洁净室的测试发现这一要求基本达不到。 我们知道，出口气流除射流的主体段之核心部分，气流速度相等，流线平行外，其它部分均不可能。 由于过滤器滤料密度不均，过滤器送风静压箱压力不均，及由于相邻高效过滤器边框形成的无风区，相邻过滤器出风搭接处的风速与过滤器表面的出风风速也不相同。
但是，设计时仍需要考虑气流的不均匀度对洁净度的影响。
3、流线的平行度
各种规范都规定单向流的一个要素是气流流线平行。这一点到目前为止仍被坚持。然而实践证明完全平行也不是必要的。
我们知道，气流速度相等和流线平行，只有两种情况能达到：①射流的起始段之核心部分。②有Welosinski曲线入口的直管段。其它情况由于多种原因均不可能。 只要整个气流中的流线(迹线)不交叉，不形成涡流区，尘粒就会沿着迹线(流线)排走，而不会被滞留。 通过上面分析可知，只要整个气流在一个通道上流动，流线之间不形成涡流区，流线平行与否均匀可将尘粒排走。所以气流流线要求平行也是没有必要的，而且由于气流速度的不均匀性而形成横向的压力变化，流线完全平行是不可能的。
那么，两个流线间在什么情况下不形成涡流区呢?对此纯理论的论述尚未见到。在流体力学中对渐扩管的局部阻力损失有半经验公式经推算当扩张角为5-80度时阻力损失最小，这就意味着扩散角为5-80除磨擦阻力外，只有由于流体流断面逐渐扩大而形成的流速分布改变形成的损失，而基本无旋涡区的损失，流体并未脱离扩张管壁。
所以可以认为只要送风口的出流中，相邻的流线夹角小于5-80度，整个气流就会沿单一的总趋向流动。因为在此情况下，尘粒仍可沿自己的迹线流动而不受干扰，这就达到了排走的目的。
