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

雅安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:8518

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。空調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。回風口為4?個,?尺寸為

0. 8 m?×0. 3 m?。回風口下沿距離地面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。回風口為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: 玻璃瓶厂家_酱菜瓶厂家_饮料瓶厂家_酒瓶厂家_玻璃杯厂家_徐州东明玻璃制品有限公司 | 考勤系统_人事考勤管理系统_本地部署BS考勤系统_考勤软件_天时考勤管理专家 | 【电子厂招聘_普工招工网_工厂招聘信息平台】-工立方打工网 | 压装机-卧式轴承轮轴数控伺服压装机厂家[铭泽机械] | 贝朗斯动力商城(BRCPOWER.COM) - 买叉车蓄电池上贝朗斯商城,价格更超值,品质有保障! | 定做大型恒温循环水浴槽-工业用不锈钢恒温水箱-大容量低温恒温水槽-常州精达仪器 | 蔬菜清洗机_环速洗菜机_异物去除清洗机_蔬菜清洗机_商用洗菜机 - 环速科技有限公司 | 矿用履带式平板车|探水钻机|气动架柱式钻机|架柱式液压回转钻机|履带式钻机-启睿探水钻机厂家 | 昆明网络公司|云南网络公司|昆明网站建设公司|昆明网页设计|云南网站制作|新媒体运营公司|APP开发|小程序研发|尽在昆明奥远科技有限公司 | 济南玻璃安装_济南玻璃门_济南感应门_济南玻璃隔断_济南玻璃门维修_济南镜片安装_济南肯德基门_济南高隔间-济南凯轩鹏宇玻璃有限公司 | 质检报告_CE认证_FCC认证_SRRC认证_PSE认证_第三方检测机构-深圳市环测威检测技术有限公司 | 运动木地板厂家_体育木地板安装_篮球木地板选购_实木运动地板价格 | 模温机-油温机-电加热导热油炉-工业冷水机「欧诺智能」 | 炭黑吸油计_测试仪,单颗粒子硬度仪_ASTM标准炭黑自销-上海贺纳斯仪器仪表有限公司(HITEC中国办事处) | 视觉检测设备_自动化检测设备_CCD视觉检测机_外观缺陷检测-瑞智光电 | 彼得逊采泥器-定深式采泥器-电动土壤采样器-土壤样品风干机-常州索奥仪器制造有限公司 | 东莞工作服_东莞工作服定制_工衣订做_东莞厂服 | 加热制冷恒温循环器-加热制冷循环油浴-杭州庚雨仪器有限公司 | 智能监控-安防监控-监控系统安装-弱电工程公司_成都万全电子 | 雷达液位计_超声波风速风向仪_雨量传感器_辐射传感器-山东风途物联网 | 蓝米云-专注于高性价比香港/美国VPS云服务器及海外公益型免费虚拟主机 | 北京四合院出租,北京四合院出售,北京平房买卖 - 顺益兴四合院 | MVE振动电机_MVE震动电机_MVE卧式振打电机-河南新乡德诚生产厂家 | 领袖户外_深度旅游、摄影旅游、小团慢旅行、驴友网 | led太阳能路灯厂家价格_风光互补庭院灯_农村市政工程路灯-中山华可路灯品牌 | 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 | 合肥活动房_安徽活动板房_集成打包箱房厂家-安徽玉强钢结构集成房屋有限公司 | 干粉砂浆设备_干混砂浆生产线_腻子粉加工设备_石膏抹灰砂浆生产成套设备厂家_干粉混合设备_砂子烘干机--郑州铭将机械设备有限公司 | 整合营销推广|营销网络推广公司|石家庄网站优化推广公司|智营销 好物生环保网、环保论坛 - 环保人的学习交流平台 | 深圳品牌设计公司-LOGO设计公司-VI设计公司-未壳创意 | 根系分析仪,大米外观品质检测仪,考种仪,藻类鉴定计数仪,叶面积仪,菌落计数仪,抑菌圈测量仪,抗生素效价测定仪,植物表型仪,冠层分析仪-杭州万深检测仪器网 | 横河变送器-横河压力变送器-EJA变送器-EJA压力变送器-「泉蕴仪表」 | 武汉高低温试验机-现货恒温恒湿试验箱-高低温湿热交变箱价格-湖北高天试验设备 | 彼得逊采泥器-定深式采泥器-电动土壤采样器-土壤样品风干机-常州索奥仪器制造有限公司 | 上海单片机培训|重庆曙海培训分支机构—CortexM3+uC/OS培训班,北京linux培训,Windows驱动开发培训|上海IC版图设计,西安linux培训,北京汽车电子EMC培训,ARM培训,MTK培训,Android培训 | 北京银联移动POS机办理_收银POS机_智能pos机_刷卡机_收银系统_个人POS机-谷骐科技【官网】 | 原色会计-合肥注册公司_合肥代理记账公司_营业执照代办 | 二手回收公司_销毁处理公司_设备回收公司-找回收信息网 | 道康宁消泡剂-瓦克-大川进口消泡剂供应商 | 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 | 电动卫生级调节阀,电动防爆球阀,电动软密封蝶阀,气动高压球阀,气动对夹蝶阀,气动V型调节球阀-上海川沪阀门有限公司 |