洁净技术讲稿11

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,空 气 洁 净 技 术,1,11 洁净室不均匀分布计算,乱流洁净室的气流分布是不均匀的，尘源发散的尘粒的分布也不可能均匀，洁净室微粒实际上是不均匀分布的。本章介绍三区不均匀分布计算方法。,11.1 不均匀分布的影响,洁净室微粒实际分布的不均匀性，会给按均匀分布理论计算的含尘浓度结果带来偏差。一般而言，室内气流和尘粒分布越不均匀，实测值和按均匀分布理论计算的值相差就越大。,这里讲的不均匀分布，仍假定发尘是均匀的，只是尘粒分布不均匀，而且是区域不均匀分布（不是指每一点不均匀），即区域之间有浓度差。,2,影响室内含尘浓度不均匀分布有下列因素：,（1）气流组织的影响（包括送风方式和风口位置）,不同的气流组织在这方面差别还不是很显著，实测结果表明，,侧送方式,实测值一般高于均匀计算值，（气流分布不均匀，稀释效果减弱时）,局部孔板,、,顶送散流器,实测值对于计算值正负偏差均存在；,全面孔板方式,实测均低于计算值，说明均匀性更好。,风口位置的影响要明显得多，所造成的涡流区内实测值比计算值高很多。,（2）送风口数量的影响,实测表明，在相同的过滤器及换气次数条件下，送风口少时，室内含尘浓度要比按均匀分布法的计算值高（风口少，乱流成分大，涡流区大），风口多则结果相反（涡流区小，速度场均匀，乱流度降低）。,3,（3）换气次数的影响,使气流和浓度达到均匀，必须有足够的气流量去冲淡稀释，,n,小实测大于计算值，,n,二者接近，当,n,=70,次/,h，,二者不相上下，,n,继续增加，实测一般低于计算值，原因为充分稀释，风口数量增多，气流的挤压作用加强。,（4）送风口形成的影响,不同形式的送风口对乱流洁净室有明显的影响（图11-1）。,实测效果：,A,型最差，差于理论值；,B,型与理论值相近；,C,型最好，略优于均匀分布的理论值。,4,11.2 三区不均匀分布模型,（图11-3）由于气流组织的因素，室内分成三个区，出发点为：,主流区,内工作区以上有一定风速，尘源,G,a,不可能逆气流不断地均匀把尘粒分散到全主流区，该区浓度最低；,涡流区,内尘源散发的尘粒，部分随着涡流由下而上，再由上而下，较均匀地进入送风气流全边界层内；有一个较小的、含尘浓度不同于主流区和涡流区的,回风口区,存在。测表明，一个换气次数几百次的两侧下回风垂直单向流室，主流区内工作区的含尘浓度相当于回风口区的70%左右。,5,11.3 三区不均匀分面的数学模型,按三区模型，回风口区含尘浓度,N,c,由两部分组成，一是主流区浓度,N,a,，,二是由主流区尘源,G,a,散发的尘粒被回风口区总风量混合后的浓度，即,（11-1）,其它两区含尘浓度通过联立微分方程求解，主流区浓度,N,a,，,涡流区,N,b,。,（11-2）,（11-3）,6,若令,为主流区发尘量占总发尘量的比值。,粒,/,L.min,，,粒,/,L.min,，,粒,/,L.min,解（11-2）（11-3）两微分方程，当 ，则有,（11-10）,（11-11）,7,由于回风口区范围较小，,忽略其容积，则主流区和,涡流区的平均含尘浓度近,似室平均浓度。 （11-12）,令,代入 ， 粒/,L.min，,则（11-12）式为,（11-13）,称为洁净室,N,n,通式,8,11.4,N,n,通式的物理意义,（11-13）,（1）在尘粒均匀分布条件下，通式变为：,（11-14）,令（11-13）式右边,主流区发尘量/总发尘量；,主流区引带风量/送风量。,可以表示含尘浓度均匀分布和不均匀分布两种条件下的相差程度，因,N,s,很小，用,N,v,表示不均匀分布计算的含尘浓度，,则 （11-16）,称为不均匀系数。,9,（2）,上式是统一描述乱流洁净室和单向流洁净室的,Nn,关系的通式，送风方式、人员多少对,Nn,的关系影响都能通过通式反映出来。,对单向流洁净室，假定满布比100%，（无边框），整个高度和断面无涡流，因此,V,b,=0, , ,则,N,v,=N,s,。,假定过滤器不是100%满布，有一定满布比，这时就有涡流区，满布比越小， 、,V,b,要增大，,要减小，则,N,v,要增大。,对于不同的乱流洁净室，主流区的大小、涡流区的大小和引带风量的大小不同，在含尘浓度上的差别就反映出来了。,10,11.5 不均匀分布计算和均匀分布计算对比,研究者用两种方法计算出,N,、,N,v,值，再用实测方法测出不同洁净室的平均含尘浓度，结果表明，按不均匀分布计算的结果更接近实际，就是说按不均匀分布计算在一般情况下会比按均匀分布计算的结果更准确一些。但不排除在某些情况下，也会出现相反的情况。,（表11-3）,11,13 洁净室的设计计算,13.1 室内外计算参数的确定,净化空调系统本身就是空调系统，只不过增设了一些过滤设备，但由于满足净化所要求的送风量远远大于消除余热余温的需要，所以也不提送风量差的要求了，送风量肯定满足消除余热余湿要求，而且一般都用二次回风系统，将新风和一部分回风处理到露点，再与更多的回风混合送风室内，所以保证温湿度是附带完成的，主要测重洁净度的保证，所以这里提的参数主要指含尘浓度。,12,13.1.1 室外大气浓度的确定,第二章给出许多实测数据，室外大气浓度因地区而异，但大多不超过10,6,粒/,L（,严重污染的浓度），所以，(1)对于高效净化系统，特别是百级以上的洁净室，新风浓度应取,M,=,10,6,粒/,L，,一方面，为了安全起见，取不利状况值，再者对高效系统，新风经三级过滤后，在,M,10,6,粒/,L,范围内，,M,值对室内浓度的影响已不大。(2)对于中效过滤的空气净化系统，两级过滤器的效率不高、穿透率较大，,M,取值对洁净室内的影响较大，所以不能取最不利的室外浓度值作,M,值，应根据工程所在环境分别取值，工业城市310,5,粒/,L，,郊区210,5,，农村10,5,。,13,13.1.2 室内单位容积发尘量,设计时工程尚没建成，无法确定具体的室内发尘量，只能事先给定，依据为大量类似系统的实测结果。,（1）室内尘源,主要是人(占到8090%)和建筑表面(1015%)，具体发尘设备及工艺一般不允许设在洁净室，若或必须在室内，定有相应的局部排风罩等设备，一般不会增加尘源。至于纸张在撕破和揉破时的发尘量是很大，表13-1中最大的实测值达到3.910,6,粒/,min.,张，只能在规章制度中禁止在室内有撕揉纸动作，不能把它作为尘源之一，因很少碰到。,14,（2）室内单位容积发尘量计算,室内发尘人是主要尘源，建筑表面是次要尘源，将其折算成人的发尘量，方便计算，对人的发尘量进行研究的人，所结果很多，综合众多结论，取静止状态10,5,粒/,min,人的发尘量，条件是在洁净室穿洁净工作服；轻度劳动动作时的发尘量为静止时的5倍；极轻劳动强度（坐着操作，很少起来活动）发尘量为静止时的3倍，310,5,粒/,min,人；活动较频繁，劳动强度略大时取7倍静止时的发尘量。而建筑表面的发尘量，经测试统计每8,m,2,地面的对应的室内表面的发尘量（顶棚，侧墙表面）与1个人静止的发尘量相当，为了方便计算，将两种发尘量统一到一个单位容积发尘量中，取洁净室高2.5,m，,则每,m,2,一个人静止时单位容积发尘量,粒/,m,3,.min,亦既单位体积一个人的发尘量。,15,设,m,2,地面代表的室内表面的发尘量为1个人的发尘量，,则室内建筑表面在发尘量方面相当的人员数为,F,/,总的,当量,人员密度 （人/,m,2,）,考虑了建筑表面发尘后室内单位容积发尘量,（13-1）,图13-1为按公式13-1绘制的单位容积发尘量线算图，横坐标用实际人员密度值，纵坐标为单位容积发尘量，乘以室体积即为室内发尘量，当,P/F,=0,时，左边纵坐标为,0.5,10,4,正是单位地面对应的建筑表面的发尘量值。而图右侧三个纵坐标是人不同活动强度时的单位容积室内发尘量，分别为5倍、3倍和7倍值。室内发尘量已解决。,16,17,13.1.3 新风比,洁净室确定送风量的需求有两个：一是满足消除余热余温所需的风量，即暖通空调中讲的,kg/s，,另一个就是满足净化要求所需的风量，风量计算方法即,N,n,通式，求出,n,即相当于风量。一般后者远大于前者，所以由洁净要求确定风量。但也不排除例外，一资料：福建一中外合资生产一次性射器为主的工厂，十万级的洁净车间内，有多台注塑机，发热最很大，单位面积冷负荷达756,W/m,2,，,为一般制药车间34倍，按消除余热余湿的送风量达,n,=59,次/,h，,远高于洁净需求的风量。,风量,问题也已能解决，,新风量,的大小还应确定，净化空调的新风量的确定与普通空调相同，考虑满足（1）人的卫生要求，（2）维持正压，（3）保证局部排风。(1)与(2)+(3)之中选大者，(2)与(3)都能计算。满足卫生要求的新风可按稀释有害气体所需风量计算。,18,一般洁净室均以稀释,CO,2,为目标确定人员卫生所需新风，表13-6给出,CO,2,对人的影响，表13-9给出人呼出,CO,2,的情况，正好弥补暖通空调教材中缺少的数据，按每个人所需的新风量就能确定洁净室的总新风量。,m,取表13-9中极轻劳动时的呼出,CO,2,量，0.022,m,3,/,人.,h，,允许浓度,C,取0.001,m,3,/m,3,，,既0.1%，室外新风的范围,CO,2,占0.03%0.05%，取0.03%，即0.0003,m,3,/m,3,，,极轻劳动时则每人所需新风,m,3,/h.,人,劳动加重时该值还应加大。,为了便于使用,，,表13-10给出新风比与换气次数的关系，取不同的新风标准，不同的人员密度在不同的,n,下的新风比均给出。,19,13.2 高效空气净化系统的计算,13.2.1,N,的计算,利用均匀分布和不均匀分布计算理论的内容，对室内含尘浓度的计算,均匀分布时,不均匀分布时,其中,N,r,N,或,N,v,20,对高效净化系统,N,s,很小，即使在全新风时即 (1-,s）=1，,N,s,为每升几粒,，,远小于 ，所以,（13-6）,常用范围的,N,n,关系可查图13-4。查图计算值与实际参数计算值偏差一般在10%左右。,21,22,对不均匀分布，室内分三个区，还可推出,回风口区,G,0,为,为总发尘量 粒/,min,粒/,m,3,min,主流区,涡流区,N,v,实际为,N,a,、,N,b,的平均值。,23,13.2.2,n,的计算,在洁净室计算中最常用的是求风量，即,n,，,N,值往往认为已知。如洁净级别定好后，该级别最高允许浓度值为定值，,N,取其,1/21/3,即可（以抵抗扰量），对乱流室,则,24,13.2.3,的计算,涉及 4个参数。,（1） 为主流区发尘量占总发尘量之比，主要受顶棚,风口多少的影响，即每个过滤器风口负担的面积，表13-11给出取值范围，过滤器风密度大时0.80.9，单向流可最大到0.99。,（2） ，送风气流引带涡流区到主流区的气流与送风量之比，也与风口的密度有关，该值可能大于1，表13-12给出,顶送,时的不同值，,侧送,时按公式（13-8） 计算。,（13-8）,F,每个风口负担的面积，,m,2,d,风口的当量直径，,m,25,26,27,（3）,V,b,/,V,涡流区容积与全室容积之比，主流区为,V,a,，回风口区,V,c,可忽略，,主流区,V,a,的大小也与过滤器风口的数目有关，见表,13-14,。,如,V=,30m,3,，,当7个过滤器风口时，,V,a,=26m,3,，,V,b,=4m,3,。,当,、,、,V,b,/,V,仍不好确定时，表13-16给出,值的确定方法，与,n,有关。,28,29,13.2.4 三种设计计算方法,区分具体情况，先选择相应的方法，按可能存在的共有三种情况：,（1）全室送风口密度较大，主流区为主，涡流区很小或涡流区区分不明显，按平均浓度计算,或,其中,对于高效系统，,可利用图13-4,N,n,计算图查得（,n,）。,M,对,N,影响较小，,N,与,G,及,n,有关,30,（2）高效过滤器，送风口密度较小，主流区、涡流区区别明显，当工作区固定在主流区时,（3）当操作位置在涡流区，或为严格起见取室内的,最不利,浓度值,31,13.3 中效（高中效、亚高效）净化系统计算,指要求较高的能提出浓度要求的中效系统，如中药厂的口服制剂车间或一些辅助车间均有用中效净化过滤的。与高效净化过滤一样也用,不均匀,分布计算公式，但区别是由于初、中效两级或三级过滤的穿透率较大，滤掉的新风中微粒比例不太大，因而,N,s,不但不能忽略，反而要大于室内尘源散发后形成的浓度,至少超过5倍。,中效过滤系统的,值一般达到1.4，所以下式成立,图13-5用于中效空气净化系统的,N,n,计算图，制表条件,G,10,5,m,3,min，,这时,N,与,M,的关系近似成直线。图中含尘浓度已放大1.5倍，相当于动态，只要人员密度,q,10,次/,h。,求室内含尘浓度为9000粒/,L,时所需的末级过滤器的效率。,例5,已知高效净化系统洁净室静态单位容积发尘量,G,m,为210,4,粒/,m,3,.min,，,信风比0.5，求达到万级的设计换气次数。,39,