医用洁净送风天花的速度场

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。

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，在暖通倾家荡产调领域，基本上都采用k-ε双参数模型进行流场的数值模型，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：

     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， 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（0.25～0.35m/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A-A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，这种影响有多在，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颂斜，在1-1断面流线偏斜角度最大，为12°，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3100mm（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。

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.