气流组织：洁净室气流微调整方案

制药业 2021-12-07

因洁净承包商的技术水平差次不齐，多数人并未意识到孔板布置与气流组织之间的密切关系，而仅仅是照图施工。所以常常在实际运转阶段时才发现气流偏移的问题

洁净室典型气流偏移现象及调整方案

洁净室大环境气流偏移

在许多工程案例中，孔板布置方案一般与FFU布置相同，即在FFU正下方布同样面积的孔板。可能原因是方案设计阶段未考虑气流偏移现象，或是在施工图深化设计阶段时，因洁净承包商的技术水平差次不齐，多数人并未意识到孔板布置与气流组织之间的密切关系，而仅仅是照图施工。所以常常在实际运转阶段时才发现气流偏移的问题，此时再想办法去解决往往事倍功半。

图1 生产厂房剖面示意图

那在生产车间内气流为什么会有偏移的现象呢？

我们可以将以下技术夹层（RAP）看做一支大风管，而风通过风管时因管路本身的摩擦会形成沿程阻力损失。也就是说，离回风道越近的点所需要克服的阻力值越小。借助于CFD软件，可以模拟出RAP层室压随着回风距离而变化的压力曲线。其中地板阻力系数越大，各区差压越明显。同时，也会因为因机台占地面积多寡以及RAP层因配管引起有效通风断面的减小，均会造成各区差压的不平衡。当回风经过地板的阻力不同时，就会产生压力差，从而使空气向阻力小的方向流动，形成了气流偏移。

所以，大环境气流偏移的调整措施主要调节地板的阻力特性，因地板型式的不同可以通过调整高架地板孔板的分布率或waffer slab开孔配置实现，如图3所示，通过上述改善方案从而得到理想的洁净室内气流流型。

图2 FAB层和RAP层压力曲线（相对室内静压）

下面我们通过使用clabso软件来对洁净厂房内气流偏移现象进行模拟分析。

图4 计算模型和说明

气流偏移角定义为流动方向偏离垂直方向的角度。

分析时，重点关注距离地板上方0.05m处和1.5m处的气流偏移角。我们以下图5 STK区域的速度矢量图为例，通过气流偏移角随高度的变化情况来模拟分析。

图5 竖直方向截面速度矢量云图

从图5中我们可以看出：

（1）距地板较高位置处(图中A位置)，气流整体向下流动，流动方向和垂直方向的夹角较小，基本在20°以内。这是由于在较高的位置（1.5m处）气流所收到的压力较小，高架地板对气流压力的分布的影响还为传输到这个高度，所以整体气流的性能非常好。

（2）距地板较近位置处（图中B位置)，靠近开孔区域的气流会以较小的流向偏折通过高架地板；远离开孔区域的气流会以较大的流向偏折流向开孔区域。这是直接收到阻挡形成的影响，由于该处的速度相对较大，在上部气流传输下的压力直接将气流放下压偏，气体粒子寻求突破方向，转向高架地板开孔的区域。最大折角将达到90°，但是从图中可以看到，气流并为形成乱流，粒子没有在高架地板上方的区域形成缠绕。整体气流性能非常良好。而且，在0.05m处的高度，已经是一个非常接近地板的高度。

图6 高架地板上方0.05m处X_Y截面上的气流偏移角分布云图

从图6中我们可以发现：

（1）除了回风道以外的区域，大部分区域的气流偏移角小于90°，少量区域气流偏移角大于90°，实际上，这个高度的偏移角是由高架地板的分布率来确定的。一方面高架地板的开孔为气体提供出风通道，另外，开孔率的不同也决定了压差的分布。设计良好的高架地板分布率排布因使得气体不会在高架地板附近形成局部积累。对应的就是局部的空气龄较大。

（2）正对高架地板开孔区域的位置，气流偏移角较小，大部分区域气流偏移角都低于25°，少量区域气流偏移角大于25°。同（1）的分析一致，高架地板的分布与FFU的分布对应。由于是在考虑设备的情况下，并非FFU布置率越高效果就越好，实际上，往往会有相反的结果，这是由于在无效FFU出风会由于设备的阻挡形成乱流。

（3）正对高架地板盲板位置处气流偏移角较大，这是因为盲板处的气流流向开孔区域需要产生较大的流向偏折。盲板处对气体形成了两个方面的效应，首先是阻挡，其次是滞留。是由于边界直接影响导致。