CFD气流仿真模拟技术在洁净厂房项目中的应用.docx

《CFD气流仿真模拟技术在洁净厂房项目中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CFD气流仿真模拟技术在洁净厂房项目中的应用.docx（9页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、Part1、影响厂房洁净室品质的直接因素换气次数送风房间的气流充满整个洁净室房间，稀释空气中的含尘浓度，并最终将污染空气排放至室外，保证室内空气品质。工程中房间换气次数是一个经验值。与房间的体积、层高、送风方式及室内压差要求密切相关1。GB50073-2013洁净厂房设计规范、GB50472-2008电子工业洁净厂房设计规范和工SO14644国际规范等对不同行业、不同洁净度等级的房间换气次数都有着具体要求，如表1所示2-3。ISO14644GB500732013(洁净厂房设计规范GB50472-2008电子工业洁净厂房没计规范空气洁净级别平均风速(ms)换气次数/h-,空气洁净平均风速级别(m

2、/)换气次数h,空气洁净级别平均风速(ms)换气次数h,140.3-0.51-30.30.550.20.54、50.2-0.41-50.2-0.4560.2-0.550-60650-60650-6070.2-0.515-25715-25715258、90.20.510-158、910158、910-15表13本规范对不同洁净等级风量及换气次数要求工作区截面的风速工业洁净厂房洁净等级为100级及更高级别的洁净室对洁净区单向流断面风速有着严格的要求。对于医药厂房A级洁净室单向流的断面风速，它是保证A级洁净级别的重要参数。气流组织洁净室按气流组织主要有单向流、非单向流、辐流、混合流。对于百级或更高级

3、别洁净室要求的洁净室气流组织必须为单向流,利用“活塞一般的挤压作用，迅速把室内污染物排出。房间压差为保证房间洁净度要求，洁净室维持一定的正压，防止室外空气进入洁净室。温湿度为防止静电的产生，电子洁净室厂房对洁净室温湿度有着严格的控制要求。在生物制药洁净室中，温湿度对产品工艺生产和细菌繁殖等有重要的影响。自净时间指在全室被污染的情况下，空气净化系统运行使室内空气颗粒浓度迅速下降到静态设计要求的范围内的时间。空气自净与洁净室的气流速度有很大的关系。垂直单向流洁净室的自净时间在3O12Os左右1。Part气流组织设计要求气流组织形式要根据项目工艺生产对洁净度的要求而设计，保证送风能够均匀送到洁净室，

4、充分发挥干净气流稀释作用，带走室内粉尘颗粒，减少灰尘对洁净室生产工艺的影响。在设计洁净室气流组织时要尽量避免和减少涡流的产生，避免工作区外污染物随气流带入工作区；控制洁净室内气流工作区风速，避免二次扬尘的产生，减少工艺生产的风险；合理布置送风口及回风口，使室内的污染空气能被有效地排出。不同洁净度等级的洁净室换气次数、送风量、气流组织要求也不同，要根据项目实际情况而定。气流流型的设计应满足规范要求，根据GB500732013洁净厂房设计规范气流流型和送方式应满足表2要求。空气洁净度等级气流流型平均风速：换气次数H-13单向流0.30.54.5单向流0.20.46非单向流50607非单向流15-2

5、58.9非单向流10-15表2气流流型和送方式空气洁净度为1100级时气流流型采用单向流，洁净度在1000级及以下级别采用非单向流流型。Part3CFD气流仿真模拟在洁净厂房项目中的应用2. 1设计阶段正确地选择气流组织,可充分发挥干净空气的稀释作用，限制和减少灰尘对洁净房间操作区的污染。因此设计师在设计阶段要考虑气流组织的合理性，尽量减少涡流的产生，减少空气交叉污染的可能性。空气的状态又无法直观地看出。这就需要借助CFD仿真模拟软件对空气气流状态进行模拟。CFD可实现对洁净室内气流组织分布的有效预测模拟室内气流组织如温度、风速、空气龄、室内静压等分布情况。设计师根据模拟情况对设计方案进行优化

6、，具体流程如图1所示。图1CFD在项目中的应用流程图3.2施工阶段由于洁净室空间受限或投资成本受限，施工方在施工阶段会根据施工现场的实际情况对设计方案进行深化设计。存在更改气流组织方式、增减风口、改变风口安装位置等。导致洁净室气流组织较设计阶段发生改变。增大空气速度场的不均匀性，增加涡流区产生或扩大。增大洁净室气流交叉污染的风险。所以施工单位在深化设计阶段需要根据现场实际情况对深化方案进行模拟，验证方案可行性。Part4、CFD气流模拟在洁净厂房项目中的应用3. 1项目概况该项目为某集成电路研发厂房一期建设项目。占地面积为9450m2,建筑面积为19183m2,建筑高度22.4m0光刻间空调系

7、统原理见图2o为预测光刻间洁净室的气流流速分布情况，利用PHOEN工CS软件对光刻间进行CFD气流模拟,CFD模拟模型见图3o模拟的光刻间面积为386.4m2,下夹层高0.8m,洁净区高3.3m,上夹层4.5mo洁净空调系统为MAU（组合式新风机组）+FFU（风机过滤单元）+DCC（干盘管）的形式。新风经过MAU处理到送风状态点再由FFU过滤后送至房间,房间回风通过高架地板至回风夹道经DCC冷却后进入静压箱，再由FFU过滤送至房间。保证房间温湿度控制要求。光刻间洁净度要求为10级，设计温度为232,相对湿度50%5%,设计压差+30Pao8680mVh1-MV19,CffI-Io*12240m

8、yhIH-n1Ia)bw1图2光刻间空调系统原理图图3CFD模拟模型4.2CFD模拟条件FF:175台、尺寸为12OOmmX1200mm、面风速0.45m/s、单台送风量2000m3/ho模拟区域洁净室总送风量350000m3/h0送风口送风温度2OoCo高架地板：尺寸6O0mm6OOmm,开孔率25%,总地板块数864块。墙面温度23,地面温度23oCo4.3结果分析(1)如图4所示，整体气流组织较为均匀，FFU送风口下的风速为O.4O.5m/s,高架地板面风速为O.81.1m/s的范围内，整个洁净室空间的平均风速O.180.45ms整个洁净室为单向流，但由于设备会阻挡气流，在设备上方出现局

9、部卡门涡街的现象。这种现象在洁净室中是不可避免的。在项目实施过程中送风口应错开设备正上方送风。图4设备截面处速度矢量图(2)如图5、6所示，洁净室平均温度在22.523.5C。仅设备周围局部区域出现2425的情况，由于设备生产过程会产热,设备周围出现2425C的情况是正常现象。如图5所示，光刻间平均温度为21.523.5C,下夹层及回风夹道平均温度为23C,上夹层平均温度为2OC。图5设备截面处温度云图(3)如图7、8所示，因此整场气体流动较好，整个洁净室空间平均空气龄为1338s,光刻间自净时间在Imin以内。满足竖直单向流自净范围要求。图7光刻间流线图综上所述，整个光刻间流场较为均匀，温湿

10、度满足设计要求，洁净室自净时间Part在Imin以内。5、结语(1)在气流组织实施方案过程中要形成单向气流路线，既能保证污染空气被及时排出洁净室，又能避免新鲜空气与回流空气发生交叉感染的情况出现。可借助CFD模拟仿真技术对洁净室气流流场进行模拟，在项目施工前对气流线路进行预测。(2)洁净室是一个动态的环境，人员的走动、机器的运行、开门关门等操作都会对洁净室的气流组织结构形成影响。在项目实施过程当中，充分考虑洁净室空间情况，合理地规划FFU的布置、高架地板的开孔率及布置、送风口回风口等的布置位置，确保洁净室内不出现乱流、涡流、滞留、回流、扬尘等气流结构。利用计算机对洁净室气流组织方案进行温度、速度、可能产生的涡流区等进行气流模拟，验证洁净室气流方案可行性。(3)在洁净室设计施工阶段详细了解生产工艺的洁净需求，维持洁净厂房的正常运转是非常耗能的，洁净等级越高洁净厂房能耗也越大。在洁净厂房设计阶段不能盲目追求高洁净，要结合生产工艺的实际需求，设备运行负荷，人员操作的空间，人员、设备、物料等可能携带的污染物情况等。避免系统运行造成的大量能耗及高成本初投资。