您當前位置：網(wǎng)站首頁(yè) > 新聞資訊新聞資訊
潔凈室氣流分析之單向流
2025/1/20
在潔凈技術(shù)中，自美國FS209C將潔凈室中的氣流流動(dòng)分為單向流和非單向流后，這一名詞被廣泛采用。
單向流的概念
從流體力學(xué)的角度，描述流體的流態(tài)，按質(zhì)點(diǎn)的速度是否隨時(shí)間變化分為穩定流動(dòng)和非穩定流動(dòng)。 按流速是否隨流向變化，分為均勻流動(dòng)和非均勻流動(dòng)。不均勻流動(dòng)又分為漸變流動(dòng)和急變流動(dòng)。
空調系統運行穩定一般屬恒定流動(dòng)。潔凈室中的氣流流動(dòng)除天棚滿(mǎn)布、高效過(guò)濾器送風(fēng)棗滿(mǎn)布地板格柵回風(fēng)的典型流動(dòng)性屬均勻流動(dòng)外，均屬不均勻流動(dòng)。
在穩定流動(dòng)中，按Re數判斷可分為層流和紊流。
潔凈室中，由于斷面積大，既或在穩定流動(dòng)中也不屬于層流。只有在潔凈管道中可能形成層流。
潔凈室的流態(tài)分類(lèi)（以下均以美國FS209為例）最早分為層流和亂流。
美國FS209C開(kāi)始將層流改稱(chēng)單向流，亂流改稱(chēng)非單向流。這一名稱(chēng)顯然比較貼切。 FS209C（1987年10月27日發(fā)布）："氣流以一個(gè)平行的方向沿單一通道穿過(guò)潔凈室或潔凈區"； FS209D（1989年6月15日發(fā)布）："一般具有平行流線(xiàn)，以單一通路、單一方向通過(guò)潔凈室或潔凈區的氣流"； FS209E（1992年9月11日發(fā)布）："一般具有平行流紅，以單一方向并且橫斷面上風(fēng)速一致的氣流。"綜上所述，潔凈室中形成單向流有三個(gè)條件，也就是單向流的三要素：氣流速度、流線(xiàn)不均勻度、氣流平行度。但對三要素均無(wú)定量的數值限制。
FS209E已被廢止，但國際標準ISO14644和我國<潔凈廠(chǎng)房設計規范>GB50073，有關(guān)單向流的描述，仍沿用FS209E的提法。
單向流三要素分析
1、氣流速度
氣流速度的選擇應該使整個(gè)氣流均勻流動(dòng)不發(fā)生滯留區。不發(fā)生滯留區氣流速度必須大于0.08m/s。一般潔凈室層高H=2.5∽3.5m當υ≥0.08m/s時(shí)，則n≈100次/時(shí)，這就是潔凈出現單向流狀態(tài)必須滿(mǎn)足的最小換氣次數。
氣流速度應能抵抗人員活動(dòng)、熱浮升的干擾，在水平單向流中還應抵抗塵粒自由沉降的影響。 當人員活動(dòng)時(shí)，就相當于有外力作用在塵粒上。某一物體受到外力作用就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)初速度，這些速度下物體會(huì )發(fā)生運動(dòng)。當外力消失后，該物體就獲及的瞬時(shí)速度，機械力（人員的活動(dòng)）基本不影響塵粒的轉移，外力消失后，塵粒會(huì )繼續沿流線(xiàn)流動(dòng)。
粒子能否隨氣流移動(dòng)取決于塵粒的懸浮速度的大小。 塵粒的懸浮速度甚微，只要有微弱氣流就可以將其帶走。
一般成年人的發(fā)熱量為0.1Kw，在靜止的空氣中在人體頭部上方可產(chǎn)生0.2m/s的上升氣流。所以垂直單向流的風(fēng)速要克服此熱浮升的速度。
綜上，對垂直單向流，氣流速度υ≥0.25m/s可以滿(mǎn)足要求。 在水平單向流中，塵粒除隨氣流運動(dòng)外，還受到一個(gè)重力作用，但粒子沉降的距離很小，不會(huì )太脫離原流線(xiàn)。 由上而分析，無(wú)論垂直單向流還是水平單向流的氣流速度取υ≥0.25m/s均足夠。水平單向流可適當提高一點(diǎn)流速。
以上分析的是氣流按等溫送風(fēng)計算，如果室內有強熱源，則另當別論，需采取其它措施。
2、氣流速度的不均勻度
潔凈技術(shù)發(fā)展初期，對氣流的不均勻度要求很?chē)栏瘛?nbsp;美國FS209B規定：不均勻度在±20%以?xún)?。此規定沒(méi)有說(shuō)明以那個(gè)速度為基準值，是設計風(fēng)速還是斷面風(fēng)速的實(shí)測平均值。一般認為其準值是斷面實(shí)測的平均風(fēng)速。
美國FS209以后，刪掉了氣流不均勻度的要求。這顯然是長(cháng)期實(shí)踐得出的認識。
從長(cháng)期對潔凈室的測試發(fā)現這一要求基本達不到。 我們知道，出口氣流除射流的主體段之核心部分，氣流速度相等，流線(xiàn)平行外，其它部分均不可能。 由于過(guò)濾器濾料密度不均，過(guò)濾器送風(fēng)靜壓箱壓力不均，及由于相鄰高效過(guò)濾器邊框形成的無(wú)風(fēng)區，相鄰過(guò)濾器出風(fēng)搭接處的風(fēng)速與過(guò)濾器表面的出風(fēng)風(fēng)速也不相同。
但是，設計時(shí)仍需要考慮氣流的不均勻度對潔凈度的影響。
3、流線(xiàn)的平行度
各種規范都規定單向流的一個(gè)要素是氣流流線(xiàn)平行。這一點(diǎn)到目前為止仍被堅持。然而實(shí)踐證明完全平行也不是必要的。
我們知道，氣流速度相等和流線(xiàn)平行，只有兩種情況能達到：①射流的起始段之核心部分。②有Welosinski曲線(xiàn)入口的直管段。其它情況由于多種原因均不可能。 只要整個(gè)氣流中的流線(xiàn)(跡線(xiàn))不交叉，不形成渦流區，塵粒就會(huì )沿著(zhù)跡線(xiàn)(流線(xiàn))排走，而不會(huì )被滯留。 通過(guò)上面分析可知，只要整個(gè)氣流在一個(gè)通道上流動(dòng)，流線(xiàn)之間不形成渦流區，流線(xiàn)平行與否均勻可將塵粒排走。所以氣流流線(xiàn)要求平行也是沒(méi)有必要的，而且由于氣流速度的不均勻性而形成橫向的壓力變化，流線(xiàn)完全平行是不可能的。
那么，兩個(gè)流線(xiàn)間在什么情況下不形成渦流區呢?對此純理論的論述尚未見(jiàn)到。在流體力學(xué)中對漸擴管的局部阻力損失有半經(jīng)驗公式經(jīng)推算當擴張角為5-80度時(shí)阻力損失最小，這就意味著(zhù)擴散角為5-80除磨擦阻力外，只有由于流體流斷面逐漸擴大而形成的流速分布改變形成的損失，而基本無(wú)旋渦區的損失，流體并未脫離擴張管壁。
所以可以認為只要送風(fēng)口的出流中，相鄰的流線(xiàn)夾角小于5-80度，整個(gè)氣流就會(huì )沿單一的總趨向流動(dòng)。因為在此情況下，塵粒仍可沿自己的跡線(xiàn)流動(dòng)而不受干擾，這就達到了排走的目的。
