洁净实验室工程-成都手术室净化-无尘车间装修-四川华锐净化公司-洁净室专业厂家

2009年至今十余年行業經驗
全國咨詢熱線:18980800355

四川潔凈手術室設計中應用CFD對氣流組織分析

發布時間:2023-02-26 21:26:54 人氣:8532

潔凈手術室設計中應用CFD對氣流組織分析潔凈手術室設計中應用CFD對氣流組織分析

合理的氣流組織是醫院潔凈手術室空調系統設計的重要內容。文章以RNG?K-ε湍流雙方程模型為基礎,?采用CFD?技術,?建立了相應的物理和數學模型,?對上送——相對單側墻底部回風潔凈手術室內速度場進行了數值模擬,?得到了潔凈手術室內工作面三維速度場與二維流場的分布。

潔凈手術室的空調設計最終目的是以經濟可行的空調系統設計和合理的氣流組織,?維持手術室內氣候環境(溫濕度、氣流及污染物濃度等的分布),?并除去空氣中的塵埃、微生物和有害氣體[ 1 , 2]?。為實現對這些環境參數的合理控制,?有必要采用CFD?技術對室內氣流組織,?進行三維分析研究。隨著計算機技術、流體力學的發展,?計算流體力學(Computa?tional?Fluid?Dy?namics?,?簡稱CFD)已經廣泛應用于熱能動力、土木水利、環境化工、暖通空調及空氣凈化等諸多工程領域[ 3 -5]?。

1? 數學物理模型

1. 1? 物理模型

千級潔凈手術室屬于非單向流潔凈室,?其工作原理是通過布置在手術室頂棚的潔凈送風單元,?向下吹出潔凈氣流,?利用潔凈的氣流稀釋手術室內含塵濃度較高的空氣,?將等量的空氣從回風口排出。送風單元下的手術臺及周邊區域處于潔

凈氣流的主流區,?潔凈度最高,?并且保持局部單向流[ 6]?。潔凈手術室面積(8?×4)m2?,?吊頂下高度3 m ,?潔凈等級為千級??照{氣流組織形式為頂送風單側下回風,?送風口尺寸為2 m?×1. 2 m ,?集中布置于手術臺上方?;仫L口為4?個,?尺寸為

0. 8 m?×0. 3 m??;仫L口下沿距離地面0. 1 m ,?連續布置,?手術臺為1. 8 m?×0. 6 m?×0. 8 m?。

1. 2? 建立數學模型

1. 2. 1? 控制方程

潔凈手術室內的空氣流動通常處于穩態的湍流流動,?可以用不可壓縮流體的黏性流動控制微分方程來描述。暖通空調領域CFD?數值模擬常用K-ε兩方程模型,?其中K?為湍流動能,?ε為湍流耗散率。本文采用RNG K-ε雙方程模型,?它是對標準K-ε雙方程模型的改進。為簡化計算,?對RNG K-ε雙方程模型作如下假設:

(1)?氣流流動為穩態湍流流動。

(2)?由于所研究的潔凈手術室內空氣流速很小,?斷面風速小于0. 5 m / s ,?所以視手術室內氣體為不可壓縮流動,?且符合Boussinesq假設[ 7]?,?即認為流體密度變化僅對浮升力產生影響。

(3)?室內氣體屬于牛頓流體,?作定常流動。

(4)?不考慮漏風的影響,?即認為潔凈手術室內氣密性良好。標準K-ε模型中,?湍流動能K?及其耗散率ε是未知量,?可從下面的輸運方程組得到

在RNG K-ε模型輸運方程中,?從控制方程中去除小尺度的運動,?得到的模型輸運方程與標準K-ε模型輸運方程有相似的形式[8]?,?即

其中

RNG K-ε模型與標準K-ε模型相比,?對于近壁轉角處流動特征的描述比標準模型更細致精確,?可以更好地處理高應變率及流線彎曲程度較大的流動[8]?。因此,?更適合模擬手術室內這種高雷諾數的情形。

1. 2. 2? 計算區域與邊界條件

(1)?送風口邊界。假設入流速度在入口面上是均勻分布的。在本次模擬中,?由于手術室在幾何上的結構,?切向速度vx?=vy?=0 ,?只有法向速度存在。法向速度vz?為

vz?=ACH?V/3600S

其中,?ACH?為手術室換氣次數(次/h);V?為手術室體積(m3?);S?為送風口面積(m2?)。速度方向垂直向下, T =295 K?。

(2)?回風口邊界?;仫L口為4?個的方形口,假設每個回風口的回風量占總回風量的25 %,?回風口滿足充分發展段紊流出口模型。

(3)?壁面邊界。對于固定壁面邊界,?由于壁面的作用,?在離壁面很近的區域內湍流的脈動影響不如分子黏性力起主要作用,?所以用壁面函數法[7]?處理近壁區域內的紊流。

1. 2. 3? 網格生成

由于單獨建立了邊界層的數學模型,?在Fluent的前處理軟件(gambi?t)中對模型進行網格劃分,?采用了均勻劃分網格的方法,?控制體為非結構正四面體,?邊長0. 15 m ,?此次模擬共生成22789個節點, 114 416?個網格。

2? 工作面速度計算結果與分析

2. 1? 不同送風速度下的工作面速度分布

模擬的潔凈手術室內手術臺高度0. 8 m ,?手術臺之上的人體切口高度為0. 3 m ,?所以工作面高度設定為距離地面1. 1 m ,?位于xoy平面,?工作面面積為(1. 8?×0. 6) m2?。為獲得更準確的工作面風速值,?將工作面均勻劃分為(0. 15?×0. 15) m2的區域,?測速點為各區域節點,?共有65(13?×5)個測點,?如圖1?所示。

根據建立的手術室模型,?分別模擬計算了15?次/h?、20?次/h?、25?次/h?、30?次/h?、35?次/h?、40?次/h?、45?次/h?、50?次/h?不同換氣次數下空態工作面的風速。利用Fluent?的后處理功能獲得工作面的風速,?將所獲各測試點風速值由MA TLAB軟件進行三維可視化處理,?使工作面速度場更加形象直觀。

由于15?~?50?次/h?不同換氣次數下工作面風速三維分布圖形狀基本相同,?僅列出50?次/h?、35?次/h?、15?次/h?換氣次數下工作面風速三維分布圖,?如圖2?所示。圖中W?、L?分別表示工作面寬度、長度;v?表示工作面風速。

??

? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

圖2? 工作面風速三維分布圖

從圖2a?~?圖2c?可以看出,?不同換氣次數下,工作面的速度場均呈現四周風速高于工作面中心區域風速,?成“漏斗狀”?。速度場四周呈“鋸齒狀”分布,?表明工作面邊緣風速分布不均勻,?模擬的潔凈手術室屬于亂流。如果工作面速度場的分布不均勻,?風速極大值與極小值之間相差較大,會造成工作面有明顯旋渦。因此,?有必要計算工作面的速度場的亂流度β,?亂流度β?愈小則表明速度分布愈均勻。綜合數值模擬結果,?其工作面風速及亂流度與不同換氣次數下對應的送風速度關系如圖3?所示,?圖3?中v送、v工分別表示送風速度和工作面的風速。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

從圖3a?、3b?可以看出,?隨著換氣次數的增大,工作面風速的極大值與極小值之差也隨之增大,從0. 04 m / s?增加到0. 14 m / s?。15次/h?、20?次/h換氣次數下的亂流度β?分別是0. 167?、0. 22?。25?次/h?以上的換氣次數亂流度β?基本保持在0. 1?左右。15?次/h、20?次/h?換氣次數下的送風速度較小,?只有0. 17?~?0. 22 m / s ,?空氣流動動量較小,?速度衰減加快,?造成亂流度β?高于其他換氣次數下的亂流度。因此,?推薦25?次/h?換氣次數作為此類潔凈手術室的最小換氣次數。

2. 2? 工作面斷面流場分析

Fluent?的后處理功能可以將模擬結果以矢量圖、流線圖、等值線圖等形式輸出。在分析了工作面的三維速度場分布后,?有必要進一步分析工作面所在的斷面的流場,?選取具有代表的x =0 ,y-z?斷面的流場進行分析。由于15?~?50?次/h?不同換氣次數下斷面流場速度矢量圖形狀基本相同,?限于篇幅,?僅列出50?次/h?、35?次/h?、15?次/h換氣次數下斷面速度矢量圖,?如圖4?所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ??

對圖4a?~?圖4c?分析,?可以看出:

(1)?整個斷面流場的分布呈主流區、渦流區和回風口區分布。從送風口垂直向下送出的氣流在手術臺上方基本保持垂直向下的流線,?使工作面處于主流區的保護之下。沿送風單元中心軸線,?手術臺上方區域流場呈對稱分布。由于是上送———相對單側墻底部回風,?在手術臺的左右兩側區域,?流線發生較大傾斜,?形成了三角形的渦流區,?在靠近墻壁區域的渦流呈不對稱分布。由于受墻壁的限制,?流場右上方形成受限射流,?形成較大的旋渦。旋渦直徑在0. 5?~?0. 7 m ,?旋渦中心高度在2. 1?~?2. 3 m ,?順時針旋轉。在回風口附近,流線曲率變化加劇,?流速加大。

(2)?工作面上方空氣流線基本保持垂直,?與水平方向的傾斜角度大于65°,?按照文獻[9]?的研究結果,?潔凈室手術室內人員產生的塵粒不會落在工作面上。在手術臺的邊緣,?由于手術臺的阻礙作用,?流線發生較大彎曲。因此,?工作面的速度場在四周呈“鋸齒狀”分布。

(3)?回風口與送風口之間的距離對潔凈手術室氣流流線影響不大。

3? 結  論

計算流體力學(CFD)技術在暖通空調行業的應用將越來越廣,?成為潔凈空調設計工程中不可缺少的工具之一。本文以基于RNG K-ε湍流雙方程模型為基礎,?通過數值模擬得到千級潔凈手術室工作面高度截面的三維速度場和二維室內流場的分布,?工作面流場處于主流區且保持單向流。數值模擬結果表明:

(1)?換氣次數分別在15?~?25?次/h?、30?~?50次/h?之間,?工作面的平均風速在0. 1?~?0. 16 m /s?、0. 20?~?0. 33 m /s?之間。

(2) 15?次/h?、20?次/h?換氣次數下工作面的亂流度β?分別是0. 167?、0. 22?。25?次/h?以上的換氣次數亂流度β在0. 1?左右,?因此建議25?次/h?換氣次數作為千級潔凈手術室的最小換氣次數。

在線客服
聯系方式

熱線電話

18980800355

上班時間

周一到周五

公司電話

18980800355

二維碼
主站蜘蛛池模板: 生鲜配送系统-蔬菜食材配送管理系统-连锁餐饮订货配送软件-挪挪生鲜供应链管理软件 | 瓶盖扭矩仪(扭力值检测)-百科 | 转子泵_凸轮泵_凸轮转子泵厂家-青岛罗德通用机械设备有限公司 | 北京公司注册_代理记账_代办商标注册工商执照-企力宝 | 活性炭-蜂窝-椰壳-柱状-粉状活性炭-河南唐达净水材料有限公司 | 贴板式电磁阀-不锈钢-气动上展式放料阀-上海弗雷西阀门有限公司 工业机械三维动画制作 环保设备原理三维演示动画 自动化装配产线三维动画制作公司-南京燃动数字 | 武汉画册印刷厂家-企业画册印刷-画册设计印刷制作-宣传画册印刷公司 - 武汉泽雅印刷厂 | 淬火设备-钎焊机-熔炼炉-中频炉-锻造炉-感应加热电源-退火机-热处理设备-优造节能 | 高精度-恒温冷水机-螺杆式冰水机-蒸发冷冷水机-北京蓝海神骏科技有限公司 | 滤芯,过滤器,滤油机,贺德克滤芯,精密滤芯_新乡市宇清流体净化技术有限公司 | 北京森语科技有限公司-模型制作专家-展览展示-沙盘模型设计制作-多媒体模型软硬件开发-三维地理信息交互沙盘 | 废气处理设备-工业除尘器-RTO-RCO-蓄热式焚烧炉厂家-江苏天达环保设备有限公司 | 河南凯邦机械制造有限公司 | 湖南长沙商标注册专利申请,长沙公司注册代理记账首选美创! | 岩石钻裂机-液压凿岩机-劈裂机-挖改钻_湖南烈岩科技有限公司 | 爆炸冲击传感器-无线遥测传感器-航天星百科 | 世界箱包品牌十大排名,女包小众轻奢品牌推荐200元左右,男包十大奢侈品牌排行榜双肩,学生拉杆箱什么品牌好质量好 - Gouwu3.com | 北京乾茂兴业科技发展有限公司| 安规电容|薄膜电容|陶瓷电容|智旭JEC安规电容厂家| 六维力传感器_三维力传感器_二维力传感器-南京神源生智能科技有限公司 | 压力控制器,差压控制器,温度控制器,防爆压力控制器,防爆温度控制器,防爆差压控制器-常州天利智能控制股份有限公司 | 抖音短视频运营_企业网站建设_网络推广_全网自媒体营销-东莞市凌天信息科技有限公司 | PU树脂_水性聚氨酯树脂_聚氨酯固化剂_聚氨酯树脂厂家_宝景化工 | 济南菜鸟驿站广告|青岛快递车车体|社区媒体-抖音|墙体广告-山东揽胜广告传媒有限公司 | 杭州荣奥家具有限公司-浙江办公家具,杭州办公家具厂 | 铁艺,仿竹,竹节,护栏,围栏,篱笆,栅栏,栏杆,护栏网,网围栏,厂家 - 河北稳重金属丝网制品有限公司 山东太阳能路灯厂家-庭院灯生产厂家-济南晟启灯饰有限公司 | 发电机组|柴油发电机组-批发,上柴,玉柴,潍柴,康明斯柴油发电机厂家直销 | 挤奶设备过滤纸,牛奶过滤纸,挤奶机过滤袋-济南蓝贝尔工贸有限公司 | 同步带轮_同步带_同步轮_iHF合发齿轮厂家-深圳市合发齿轮机械有限公司 | 滚塑PE壳体-PE塑料浮球-警示PE浮筒-宁波君益塑业有限公司 | 保定市泰宏机械制造厂-河北铸件厂-铸造厂-铸件加工-河北大件加工 | 防爆电机-高压防爆电机-ybx4电动机厂家-河南省南洋防爆电机有限公司 | Maneurop/美优乐压缩机,活塞压缩机,型号规格,技术参数,尺寸图片,价格经销商 | 超声波乳化机-超声波分散机|仪-超声波萃取仪-超声波均质机-精浩机械|首页 | 浙江自考_浙江自学考试网| 蒸汽吸附分析仪-进口水分活度仪|康宝百科| 深圳APP开发_手机软件APP定制外包_小程序开发公司-来科信 | 不锈钢散热器,冷却翅片管散热器厂家-无锡市烨晟化工装备科技有限公司 | 杭州顺源过滤机械有限公司官网-压滤机_板框压滤机_厢式隔膜压滤机厂家 | 成都软件开发_OA|ERP|CRM|管理系统定制开发_成都码邻蜀科技 | 【灵硕展览集团】展台展会设计_展览会展台搭建_展览展示设计一站式服务公司 |