某洁净厂房高架地板布置率优化设计
北京工业大学建筑工程学院关子谦”樊洪明
摘要结合某实际工程，通过比对分析洁净厂房的实际测试结果与CFD数值仿真软件scSTREAM对洁净厂房气 流组织仿真结果的方法，论证数值仿真的合理性.二者结果相符，证实CFD技术可用于洁净厂房设计，并可对洁净室设计提供指导.通过比对分析优化设计前后的洁净厂房内速度场，可以看出通过增加近壁面侧与设备间高架地板开孔率，可以减少气流偏转，从而针对性的提出优化设计方案并通过数值仿真加以论证.
关键词CFD：气流组织：洁净厂房；速度场：高架地板
OptimizationDesignofElevatedFloorArrangementRateofaCleanFactory
Guan Ziqian and Fan Hongming
Abstraet Combining with an actual project the rationality of numerical simulation is demonstrated by paring the actual test results of the clean plant and the CFD numerical simulation software scSTREAM to the simulation results of theroom design and can provide guidance for clean room design. Through the parison analysis to optimize the clean indoor airflow organization of the clean plant. The results are consistent confirming that CFD technology can be used for cleanqro p pe ps -u goou o us q uisp e pe pi othe equipment the airflow deflection can be reduced and the optimized design scheme is proposed and demonstrated by numerical simulation Design points for the raised floor design of the cleaning room.
Keywords CFD; Air distribution; Cleaning room; Velocity field; Raised floor
体设计，使用scSTREAM软件对该洁净厂房进行数厂房的速度场及压力场结果，并通过对洁净厂房的实 值仿真.通过给定工艺布置和送风条件，获得的洁净际测量验证仿真结果.通过比较分析高架地板在不同铺设情况下气流组织合理性，提出较为合理的洁净厂布局设计提供指导. 房高架地板布置方案.为洁净厂房的气流组织优化和
0引言
随着工业技术日新月异的进步，大量工业产品在其加工过程中都包含精密、微型的加工过程.为满足 电子芯片的生产过程、生物药品生产过程、精密机械加工过程等等需要高洁净度的操作过程，洁净技术是十分重要的.洁净厂房的设计是洁净技术的重要组成部分，洁净室及相关受控环境保证空气中悬浮粒子 被控制在合适的级别，并将室内温度、湿度、空气洁净度、压差、噪声、照度及气流分布等其他有关参数控制在规定的范围内，以确保完成需高洁净度的相关 生产活动.为保证工作区域满足严格的设计要求，必须通过合理的气流组织形式及时排放污染物.但在具体的洁净厂房设计过程中，由于洁净厂房内的气流组织是无法直接观察，设计者在设计过程中便无法直观 地审视洁净厂房的气流组织是否合理，会造成局部气流组织不合理使污染物无法及时排放，影响相关的生产活动.
1项目概况
某洁净厂房如图1所示.该洁净厂房长220m，宽180m，高17.5m.洁净室高7.8m.上夹层3.1m，下夹层5.3m.在洁净室边界区域设有含表冷器的回风匝道.在洁净室顶板处设有不同布置率的恒定流量风机，风机空隙部分铺设盲板，如图2所示.
行气流组织的数值仿真，根据CFD软件的仿真结果 针对此问题，在设计过程中可采用CFD软件进对设计方案进行优化3.本文结合某洁净厂房的具
图1某洁净厂房与地板铺设示意图
图3X-48m处截面速度场
图4Y-190m处截面速度场
图2恒定流量风机与盲板布置图
已基本无上返气流，整体区域的气流情况较好，某些 根据数值仿真结果可得结论，在洁净厂房工作区近墙壁侧存在偏转气流.根据气流偏转情况具体调整地板具体位置的开孔率.
2数值仿真与实测数据比对
2.1数值仿真
2.1.1边界条件
针对洁净厂房的以下具体特点，一洁净厂房内的空气流动是低速的不可压缩的，二洁净厂房内部的速 度场是定常流动.根据洁净厂房的具体特点并结合洁净厂房气流组织设计原则，对仿真模型进行合理的优化：
2.2实测数据
测试的数据、所用仪器及其精度具体见表1.
表1 测试所用仪器与其精度
测试内容 风速（m/s） 风量（m²/h）仪器名称 仪器型号 空气速度测试仪 TSI 9515 TSI 8710 风量罩仪器精度 误差±3% 误差±3%
1）壁面边界条件.主要是室内的墙壁、天花板、地板等.固定壁面的速度分量为零.
口处的速度、温度以及淄流动能和淄流动能耗散率等 2）流动边界条件.即入流边界条件给出的是入参数：出流边界条件，按照出口单向流动考虑.
由于测试过程受到现场具体情况限制，对各部分测试数据进行数据处理，分别得出两个区域的测试值. 试分别在洁净厂房的两个区域进行多次测试，将多次测
3）不考虑空气渗漏问题.
本仿真模型仅关注此洁净厂房气流组织是否合理，故只对气流组织进行数值仿真.风机过滤机组的风速按分区设置，速度分别为0.35m/s和0.4m/s，方 向垂直向下.带有设备风机过滤单元的设备根据其风量在每个设备顶部布置轴流风机，并考虑设备风机过滤单元工艺提供布置率及平均风速.对回风匝道下端表冷器设定阻力系数.
高架地板阻力系数测试：对17%、25%开孔率地实际17%、25%开孔率地板布置的限制，只针对现有 板进行测试，测试时受到下夹层管道的限制，还受到布置率的17%、25%开孔率的单块地板进行测试.阻力系数根据测试结果计算得出.测试结果见表2.
表2不同高架地板开孔率下的测试结果
地板进出口 出口断面开孔率 地板 断面风量 (m²/h) 断面压差 平均风速 系数 阻力17% 614 (Pa) 5.7 (m/s) 0.17 30525% 839 5.3 0.23 179
2.1.2计算网格划分
网格单元最大x，y，z尺寸分别为0.3m，0.3m，0.2m为提高计算速度和计算精度，模拟送风口网格0.7，动量松弛因子为0.3.针对本模型，各方向上保 局部加密，网格总计467.4万个.压力松弛因子为证各边界处与网格线重合，例如设备边界、风机边界等.靠近边壁和风口处加密，每个风口划分相同网格 数.总网格数为467.4万.开始计算后242步达到收敛.
0m-2m的测点进行测试.根据风量罩的测试结果进 表冷器阻力系数测试：在回风夹道内，选择标高行计算，将风量罩测得的各点风量求得平均值，再进一步求出断面平均风速，利用断面平均风速得到表冷器部分的阻力系数.结果见表3.
2.1.3模拟结果分析
表3不同位置表冷器的测试结果
处的断面气流分布图.可以发现洁净厂房内操作区域 图3、图4分别为X方向48m处，X方向190m内气流较均匀，大部分为单向流，只有少部分近墙侧m/s~0.5m/s，工作区内无涡流. 与近器械侧有少量非单向流，工作区气流速度为0.4
单位面积表冷器 表冷器断面 表冷器进 阻力测点 出口断面风量 (m²/h) 平均风速 (m/s) 风侧与出 风侧压差 系数3369 0.94 9.6 183547 0.99 9.3 15.8
风机过滤机组压差测试：测试人员与设备均置于盲板上，测试结果见表4.
表4不同位置的风机过滤机组的测试结果
单位面积风机过滤风机过滤风机过滤机组风机过 滤机组 (Hz) 频率 机组出口断面风量机组平均进风侧与出风位置 50 （m²/h) 1275 风速（m/s）侧压差（Pa） 0.35 40.42 50 1203 0.33 44.6
在本次测试中，得到了在动态下主要部件的流动及阻力情况，计算得到阻力系数，包括17%、25%高 架地板开孔率阻力系数、表冷器阻力系数及风机过滤机组进风口与出风口两侧压差.
2.3数值仿真结论与实测数据对比
可见在回风匝道内部为负压状态，在洁净厂房内为正 图5为X方向48m处的压力分布图，其中明显压状态.通过对仿真结果进行处理，得出在仿真结果中包括17%、25%高架地板开孔率，表冷器与侧压差，风机过滤机组压差，具体数值与同实测数据（取实测 数据平均值）的对比及结果见表5.
图5X-48m处截面压力分布图
表5实测数据与仿真结果对比
数据 17%开孔率 高架地板 25%开孔率 高架地板 表冷器 风机过滤 机组压差种类 进出口压差 （Pa) 进出口压差 (Pa) 两侧压差 (Pa) 两侧 (Pa)实测数据 5.7 5.3 9.5 42.2数值仿真结果 6.2 5.5 8.2 36.8
在数值仿真可允许的差值范围内，认为模型是准确 通过实测数据与数值仿真结果的比对， 二者差值的，仿真结果是可靠的.
3方案优化
3.1优化思路
通过上文中的仿真结果可知，在洁净厂房工作区已基本无上返气流，整体区域的气流情况较好，某些 近墙壁侧存在偏转气流.在进行方案优化设计时，综合考虑洁净室内设备布置情况与在仿真结果中所发现的气流组织不合理处，对地板开孔率进行具体调整.
3.2优化方案边界条件
室内仿真空间位置，各设备的边界条件，模型计算中的松弛因子与网格划分均不改变.对近墙壁侧存在气流扰动对应区域的高架地板开孔率尽可能增大. 由于需考虑设备承重情况，设备下的高架地板开孔率
不变，对不承重的高架地板开孔率增加至50%.
3.3优化方案仿真结果分析
为方便对比，优化方案同样截取X方向48m处，X方向190m处的断面气流分布图（图6、图7）.可 见气流组织情况有所好转.通过增加近壁面侧高架地板的开孔率，近壁面侧的气流不在扰动.通过增加设通路更加明显. 备间空隙处的高架地板开孔率，可见在设备间的气流
图6X-48m处截面优化方案速度场
图7Y-190m处优化方案速度场
通过对高架地板的开孔率的针对性调整，气流组织更加合理，减少了近壁面侧的扰动，气流流动更贴 近设计要求.
4结论
4.1 CFD的好处
通过前文中对洁净厂房的实际测试我们看到，采用scSTREAM的数值模拟结果与实际测试数据相符 合.通过对洁净厂房气流组织进行具体仿真，我们不但得出了更为准确的设计参数，同时我们对洁净厂房进行了优化，使其气流组织更加合理.数值仿真可为CFD工具可设计的使其更加合理. 设计提供良好的数据支持.对于洁净厂房的设计借助
4.2方案优化
通过对气流组织不合理处（如近墙壁侧，设备间空隙处）对应高架地板进行开孔率的调整，将近壁面 侧开孔率从17%调整至25%，将设备间空虚处的开孔率调整到50%.减少了近壁面侧的扰动，设备间的气流通路也更加明显.通过对高架地板的开孔率的针对 性调整，气流组织更加合理，气流流动更贴近设计要求.通过调整高架地板开孔率可有效调整局部气流组织，使其成为单向流.
参考文献
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