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(yè)經(jīng)驗
全國咨詢熱線:18980800355

新疆潔凈手術(shù)室設(shè)計中應(yīng)用CFD對氣流組織分析

發(fā)布時間:2023-02-26 21:26:54 人氣:8521

潔凈手術(shù)室設(shè)計中應(yīng)用CFD對氣流組織分析潔凈手術(shù)室設(shè)計中應(yīng)用CFD對氣流組織分析

合理的氣流組織是醫(yī)院潔凈手術(shù)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容。文章以RNG?K-ε湍流雙方程模型為基礎(chǔ),?采用CFD?技術(shù),?建立了相應(yīng)的物理和數(shù)學(xué)模型,?對上送——相對單側(cè)墻底部回風(fēng)潔凈手術(shù)室內(nèi)速度場進(jìn)行了數(shù)值模擬,?得到了潔凈手術(shù)室內(nèi)工作面三維速度場與二維流場的分布。

潔凈手術(shù)室的空調(diào)設(shè)計最終目的是以經(jīng)濟(jì)可行的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和合理的氣流組織,?維持手術(shù)室內(nèi)氣候環(huán)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(xiàn)對這些環(huán)境參數(shù)的合理控制,?有必要采用CFD?技術(shù)對室內(nèi)氣流組織,?進(jìn)行三維分析研究。隨著計算機(jī)技術(shù)、流體力學(xué)的發(fā)展,?計算流體力學(xué)(Computa?tional?Fluid?Dy?namics?,?簡稱CFD)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱能動力、土木水利、環(huán)境化工、暖通空調(diào)及空氣凈化等諸多工程領(lǐng)域[ 3 -5]?。

1? 數(shù)學(xué)物理模型

1. 1? 物理模型

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

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

0. 8 m?×0. 3 m?。回風(fēng)口下沿距離地面0. 1 m ,?連續(xù)布置,?手術(shù)臺為1. 8 m?×0. 6 m?×0. 8 m?。

1. 2? 建立數(shù)學(xué)模型

1. 2. 1? 控制方程

潔凈手術(shù)室內(nèi)的空氣流動通常處于穩(wěn)態(tài)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(diào)領(lǐng)域CFD?數(shù)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(biāo)準(zhǔn)K-ε雙方程模型的改進(jìn)。為簡化計算,?對RNG K-ε雙方程模型作如下假設(shè):

(1)?氣流流動為穩(wěn)態(tài)湍流流動。

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

(3)?室內(nèi)氣體屬于牛頓流體,?作定常流動。

(4)?不考慮漏風(fēng)的影響,?即認(rèn)為潔凈手術(shù)室內(nèi)氣密性良好。標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)方程組得到

在RNG K-ε模型輸運(yùn)方程中,?從控制方程中去除小尺度的運(yùn)動,?得到的模型輸運(yùn)方程與標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型輸運(yùn)方程有相似的形式[8]?,?即

其中

RNG K-ε模型與標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型相比,?對于近壁轉(zhuǎn)角處流動特征的描述比標(biāo)準(zhǔn)模型更細(xì)致精確,?可以更好地處理高應(yīng)變率及流線彎曲程度較大的流動[8]?。因此,?更適合模擬手術(shù)室內(nèi)這種高雷諾數(shù)的情形。

1. 2. 2? 計算區(qū)域與邊界條件

(1)?送風(fēng)口邊界。假設(shè)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(shù)室在幾何上的結(jié)構(gòu),?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(shù)室換氣次數(shù)(次/h);V?為手術(shù)室體積(m3?);S?為送風(fēng)口面積(m2?)。速度方向垂直向下, T =295 K?。

(2)?回風(fēng)口邊界。回風(fēng)口為4?個的方形口,假設(shè)每個回風(fēng)口的回風(fēng)量占總回風(fēng)量的25 %,?回風(fēng)口滿足充分發(fā)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(qū)域內(nèi)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(shù)法[7]?處理近壁區(qū)域內(nèi)的紊流。

1. 2. 3? 網(wǎng)格生成

由于單獨(dú)建立了邊界層的數(shù)學(xué)模型,?在Fluent的前處理軟件(gambi?t)中對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,?采用了均勻劃分網(wǎng)格的方法,?控制體為非結(jié)構(gòu)正四面體,?邊長0. 15 m ,?此次模擬共生成22789個節(jié)點, 114 416?個網(wǎng)格。

2? 工作面速度計算結(jié)果與分析

2. 1? 不同送風(fēng)速度下的工作面速度分布

模擬的潔凈手術(shù)室內(nèi)手術(shù)臺高度0. 8 m ,?手術(shù)臺之上的人體切口高度為0. 3 m ,?所以工作面高度設(shè)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(zhǔn)確的工作面風(fēng)速值,?將工作面均勻劃分為(0. 15?×0. 15) m2的區(qū)域,?測速點為各區(qū)域節(jié)點,?共有65(13?×5)個測點,?如圖1?所示。

根據(jù)建立的手術(shù)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(shù)下空態(tài)工作面的風(fēng)速。利用Fluent?的后處理功能獲得工作面的風(fēng)速,?將所獲各測試點風(fēng)速值由MA TLAB軟件進(jìn)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(shù)下工作面風(fēng)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(shù)下工作面風(fēng)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(fēng)速。

??

? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

圖2? 工作面風(fēng)速三維分布圖

從圖2a?~?圖2c?可以看出,?不同換氣次數(shù)下,工作面的速度場均呈現(xiàn)四周風(fēng)速高于工作面中心區(qū)域風(fēng)速,?成“漏斗狀”?。速度場四周呈“鋸齒狀”分布,?表明工作面邊緣風(fēng)速分布不均勻,?模擬的潔凈手術(shù)室屬于亂流。如果工作面速度場的分布不均勻,?風(fēng)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(shù)值模擬結(jié)果,?其工作面風(fēng)速及亂流度與不同換氣次數(shù)下對應(yīng)的送風(fēng)速度關(guān)系如圖3?所示,?圖3?中v送、v工分別表示送風(fēng)速度和工作面的風(fēng)速。

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

從圖3a?、3b?可以看出,?隨著換氣次數(shù)的增大,工作面風(fēng)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(shù)下的亂流度β?分別是0. 167?、0. 22?。25?次/h?以上的換氣次數(shù)亂流度β?基本保持在0. 1?左右。15?次/h、20?次/h?換氣次數(shù)下的送風(fēng)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(shù)下的亂流度。因此,?推薦25?次/h?換氣次數(shù)作為此類潔凈手術(shù)室的最小換氣次數(shù)。

2. 2? 工作面斷面流場分析

Fluent?的后處理功能可以將模擬結(jié)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(jìn)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(jìn)行分析。由于15?~?50?次/h?不同換氣次數(shù)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(shù)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(qū)、渦流區(qū)和回風(fēng)口區(qū)分布。從送風(fēng)口垂直向下送出的氣流在手術(shù)臺上方基本保持垂直向下的流線,?使工作面處于主流區(qū)的保護(hù)之下。沿送風(fēng)單元中心軸線,?手術(shù)臺上方區(qū)域流場呈對稱分布。由于是上送———相對單側(cè)墻底部回風(fēng),?在手術(shù)臺的左右兩側(cè)區(qū)域,?流線發(fā)生較大傾斜,?形成了三角形的渦流區(qū),?在靠近墻壁區(qū)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(zhuǎn)。在回風(fēng)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(xiàn)[9]?的研究結(jié)果,?潔凈室手術(shù)室內(nèi)人員產(chǎn)生的塵粒不會落在工作面上。在手術(shù)臺的邊緣,?由于手術(shù)臺的阻礙作用,?流線發(fā)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(fēng)口與送風(fēng)口之間的距離對潔凈手術(shù)室氣流流線影響不大。

3? 結(jié)  論

計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)在暖通空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用將越來越廣,?成為潔凈空調(diào)設(shè)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(chǔ),?通過數(shù)值模擬得到千級潔凈手術(shù)室工作面高度截面的三維速度場和二維室內(nèi)流場的分布,?工作面流場處于主流區(qū)且保持單向流。數(shù)值模擬結(jié)果表明:

(1)?換氣次數(shù)分別在15?~?25?次/h?、30?~?50次/h?之間,?工作面的平均風(fēng)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(shù)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(shù)亂流度β在0. 1?左右,?因此建議25?次/h?換氣次數(shù)作為千級潔凈手術(shù)室的最小換氣次數(shù)。

在線客服
聯(lián)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: 衢州装饰公司|装潢公司|办公楼装修|排屋装修|别墅装修-衢州佳盛装饰 | 品牌策划-品牌设计-济南之式传媒广告有限公司官网-提供品牌整合丨影视创意丨公关活动丨数字营销丨自媒体运营丨数字营销 | 全温恒温摇床-水浴气浴恒温摇床-光照恒温培养摇床-常州金坛精达仪器制造有限公司 | 真空泵维修保养,普发,阿尔卡特,荏原,卡西亚玛,莱宝,爱德华干式螺杆真空泵维修-东莞比其尔真空机电设备有限公司 | 次氯酸钠厂家,涉水级次氯酸钠,三氯化铁生产厂家-淄博吉灿化工 | 综合管廊模具_生态,阶梯护坡模具_检查井模具制造-致宏模具厂家 | 槽钢冲孔机,槽钢三面冲,带钢冲孔机-山东兴田阳光智能装备股份有限公司 | 振动传感器,检波器-威海广达勘探仪器有限公司 | 手术室净化厂家_成都实验室装修公司_无尘车间施工单位_洁净室工程建设团队-四川华锐16年行业经验 | 安驭邦官网-双向万能直角铣头,加工中心侧铣头,角度头[厂家直销] 闸阀_截止阀_止回阀「生产厂家」-上海卡比阀门有限公司 | 钢衬四氟管道_钢衬四氟直管_聚四氟乙烯衬里管件_聚四氟乙烯衬里管道-沧州汇霖管道科技有限公司 | 安徽净化工程设计_无尘净化车间工程_合肥净化实验室_安徽创世环境科技有限公司 | 上海律师咨询_上海法律在线咨询免费_找对口律师上策法网-策法网 广东高华家具-公寓床|学生宿舍双层铁床厂家【质保十年】 | 活性氧化铝球|氧化铝干燥剂|分子筛干燥剂|氢氧化铝粉-淄博同心材料有限公司 | 动库网动库商城-体育用品专卖店:羽毛球,乒乓球拍,网球,户外装备,运动鞋,运动包,运动服饰专卖店-正品运动品网上商城动库商城网 - 动库商城 | 山东聚盛新型材料有限公司-纳米防腐隔热彩铝板和纳米防腐隔热板以及钛锡板、PVDF氟膜板供应商 | 雨水收集系统厂家-雨水收集利用-模块雨水收集池-徐州博智环保科技有限公司 | ET3000双钳形接地电阻测试仪_ZSR10A直流_SXJS-IV智能_SX-9000全自动油介质损耗测试仪-上海康登 | 武汉天安盾电子设备有限公司 - 安盾安检,武汉安检门,武汉安检机,武汉金属探测器,武汉测温安检门,武汉X光行李安检机,武汉防爆罐,武汉车底安全检查,武汉液体探测仪,武汉安检防爆设备 | 科昊仪器超纯水机系统-可成气相液氮罐-美菱超低温冰箱-西安昊兴生物科技有限公司 | 非小号行情 - 专业的区块链、数字藏品行情APP、金色财经官网 | 安全光栅|射频导纳物位开关|音叉料位计|雷达液位计|两级跑偏开关|双向拉绳开关-山东卓信机械有限公司 | 自动螺旋上料机厂家价格-斗式提升机定制-螺杆绞龙输送机-杰凯上料机 | 衬塑管道_衬四氟管道厂家-淄博恒固化工设备有限公司 | 非甲烷总烃分析仪|环控百科 | 电磁流量计厂家_涡街流量计厂家_热式气体流量计-青天伟业仪器仪表有限公司 | 深圳公司注册-工商注册公司-千百顺代理记账公司 | 杭州画室_十大画室_白墙画室_杭州美术培训_国美附中培训_附中考前培训_升学率高的画室_美术中考集训美术高考集训基地 | 探鸣起名网-品牌起名-英文商标起名-公司命名-企业取名包满意 | MES系统-WMS系统-MES定制开发-制造执行MES解决方案-罗浮云计算 | 山东螺杆空压机,烟台空压机,烟台开山空压机-烟台开山机电设备有限公司 | 防水套管-柔性防水套管-刚性防水套管-上海执品管件有限公司 | 户外健身路径_小区健身器材_室外健身器材厂家_价格-浩然体育 | 加气混凝土砌块设备,轻质砖设备,蒸养砖设备,新型墙体设备-河南省杜甫机械制造有限公司 | 成都珞石机械 - 模温机、油温机、油加热器生产厂家 | 市政路灯_厂家-淄博信达电力科技有限公司| 北京浩云律师事务所-法律顾问_企业法务_律师顾问_公司顾问 | 福建成考网-福建成人高考网 | 环氧乙烷灭菌器_压力蒸汽灭菌器_低温等离子过氧化氢灭菌器 _低温蒸汽甲醛灭菌器_清洗工作站_医用干燥柜_灭菌耗材-环氧乙烷灭菌器_脉动真空压力蒸汽灭菌器_低温等离子灭菌设备_河南省三强医疗器械有限责任公司 | 水稻烘干机,小麦烘干机,大豆烘干机,玉米烘干机,粮食烘干机_巩义市锦华粮食烘干机械制造有限公司 水环真空泵厂家,2bv真空泵,2be真空泵-淄博真空设备厂 | 威客电竞(vk·game)·电子竞技赛事官网 |