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潔凈室原理

單向流（層流）潔凈室原理

在潔凈室內(nèi)，從送風(fēng)口到回風(fēng)口，氣流流經(jīng)途中的斷面幾乎沒有什么變化，加上進(jìn)風(fēng)靜壓箱和高效過濾器的均壓均流作用，全室斷面上的流速比較均勻，而至少在工作區(qū)內(nèi)流線單向平行，沒有渦流。這也就是單向流潔凈室的三大特點(diǎn)。這里的流線單向平行，是指時(shí)均流線彼此平行，方向單一。

單向流潔凈室的流態(tài)從雷諾數(shù)判斷是紊流的，所以所謂層流潔凈室的層流和流體力學(xué)上的層流是*不同的概念。因此，層流潔凈室這個(gè)名詞是不貼切的，國外某些標(biāo)準(zhǔn)和文章也指出這一點(diǎn)，例如英國標(biāo)準(zhǔn)BS-5295就曾把所謂層流潔凈室定義為單向流潔凈室，只是照顧習(xí)慣在括號(hào)中注明為層流。前聯(lián)邦德國標(biāo)準(zhǔn)VDl- 2083則用“非紊流的置換流"這一術(shù)語，并在注中指出，層流這一概念只是為了區(qū)別早于層流潔凈室出現(xiàn)的紊（亂）流潔凈室而在當(dāng)時(shí)采用的習(xí)慣用語，“層流系統(tǒng)"的確切意思并不是分層流動(dòng)，而是紊流的置換流，用本章提到的概念是紊流的漸變流。在流體力學(xué)中，這種流動(dòng)狀態(tài)也可稱平行流或單向流。1977年中國在《空氣潔凈技術(shù)措施》中選用了“平行流"這個(gè)術(shù)語，在該術(shù)語后面同時(shí)也指出習(xí)慣上稱“層流"。

在單向流潔凈室內(nèi)，干凈氣流不是一股或幾股，而是充滿全室斷面，所以這種潔凈室不是靠潔凈氣流對(duì)室內(nèi)臟空氣的摻混稀釋作用，而是靠潔凈氣流推出作用將室內(nèi)臟空氣沿整個(gè)斷面排至室外，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。所以，前聯(lián)邦德國有人稱單向流潔凈室的氣流為“活塞流"、“平推流"前蘇聯(lián)稱之為“被擠壓的弱空氣射流"。干凈空氣就好比一個(gè)空氣活塞，沿著房間這個(gè)“氣缸"，向前（下）推進(jìn)，而使塵粒只能前（下）進(jìn)，沒有返回，把原有的含塵濃度高的空氣擠壓出房間。

在單向流潔凈室以及單向流凈化設(shè)備中，可以發(fā)現(xiàn)沿壁的和兩個(gè)過濾器搭接處下方的反向氣流。這種氣流將把下方的污染傳輸?shù)缴喜吭偎拖聛恚茐牧松鲜觥盎钊?的狀態(tài)，危害。對(duì)于和外界有開口相通的局部凈化設(shè)備，例如潔凈工作臺(tái)，這種氣流將引射外界污染氣流，在設(shè)計(jì)上一定要減小過濾器邊框處所占的無效面積，更要設(shè)法使空間的壁面盡量接近過濾器有效迭風(fēng)截面。

通過上面分析，可以認(rèn)為保證單向流潔凈室特性（高潔凈度和快速自凈恢復(fù)能力）的重要先決條件有兩個(gè)：①來流的潔凈度；②來流的活塞流情況；

對(duì)于來流的潔凈度，對(duì)通過高效以上過濾器送風(fēng)的單向流潔凈室來說是不成問題的，而對(duì)于來流的“活塞流"情況，則需作進(jìn)～步分析。

根據(jù)流體力學(xué)原理，來流條件對(duì)以后的流動(dòng)狀況將有直接的重要影響，送風(fēng)面出口氣流也就是工作區(qū)的來流。

來流的紊動(dòng)性大，則將影響后面的單向流特性；來流未充滿流動(dòng)截面，則將影響后面是否能形成“活塞流"和形成的快慢；而來流未充滿流動(dòng)截面也是來流素動(dòng)的一個(gè)因素。所以，在采用高效過濾器的條件下，保證單向流潔凈室特性的必要條件是“活塞流"，而“活塞流"的必要條件則是來流充滿流動(dòng)截面。但是，對(duì)一間房間而不是一段管道來說，讓氣流從頭至尾*充滿流動(dòng)截面也是不現(xiàn)實(shí)的。

zui初，確實(shí)認(rèn)為這種單向平行的氣流應(yīng)該充滿整個(gè)潔凈室，但這在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是不利的。隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展，人們又指出這種單向流只是“在有限的領(lǐng)域內(nèi)全部空氣沿平行流線以等速流動(dòng)的意思"，并認(rèn)為能極力抑制渦流的發(fā)生。通過全空間的清潔空氣的單向流特性占支配地位的那樣的房間，也稱為單向流潔凈室。這就是說，不要求在整個(gè)房間都具有單向平行的流線，均勻的速度，沒有渦流，而是只要求單向平行流特性在這個(gè)房間中占支配地位，例如在整個(gè)工作區(qū)這一層空間保證了單向流，這個(gè)房間就是單向流潔凈室。前面介紹過的國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、措施中關(guān)于單向流潔凈室達(dá)到的高潔凈度，就是指在工作區(qū)內(nèi)達(dá)到的潔凈度。因此，密集布置的流線型散流器頂送和全孔板頂送，也被作為實(shí)現(xiàn)垂直單向流的手段使用。

亂流潔凈室原理

潔凈室按其氣流狀態(tài)來區(qū)分，主要分為亂流（非單向流）潔凈室、單向流潔凈室和輻流潔凈室（也有稱矢流潔凈室的），這一節(jié)主要討論亂流潔凈室。前面已經(jīng)指出，不論是哪一種潔凈室，都是紊流流態(tài)。那為什么不都叫紊流潔凈室呢？

亂流潔凈室的名稱是借用于日文，但是日文的亂流就是紊流的意思，而中國zui早在《空氣潔凈技術(shù)措施》中正式采用的亂流一詞是兼有紊流的含義而不同于流體力學(xué)上的紊流這一專有名詞。上習(xí)慣稱這種潔凈室為非單向流潔凈室。

所謂亂流潔凈室，一般包括以下各種送風(fēng)形式：

⑴高效過濾器頂送（有擴(kuò)散板和無擴(kuò)散板

⑵流線型散流器頂進(jìn)

⑶局部孔板頂送

⑷側(cè)送

具有這些送風(fēng)形式的潔凈室，如以雷諾數(shù)判斷，顯然屬于紊流流態(tài)，但是如果把它們稱為紊流潔凈室就不合適。氣流沿整個(gè)頂棚下送，室內(nèi)速度達(dá)到0.25m/s 以上，這種室內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)也是紊流，但在后面就會(huì)搞清楚，雖然這兩種送風(fēng)方式都造成室內(nèi)紊流流態(tài)，但是就其凈化室內(nèi)空氣的原理來說，卻是根本不同的，后者屬于單向流或平行流潔凈室的凈化原理。所以如果把前者稱為紊流潔凈室，則后者也應(yīng)被包含進(jìn)去了。

亂流潔凈室的主要特點(diǎn)是從來流到出流（從送風(fēng)口到回風(fēng)口）之間氣流的流通截面是變化的，潔凈室截面比送風(fēng)口截面大得多，因而不能在全室截面或者在全室工作區(qū)截面形成勻速氣流。所以，送風(fēng)口以后的流線彼此有很大或者越來越大的夾角，曲率半徑很小，氣流在室內(nèi)不可能以單一方向流動(dòng)，將會(huì)彼此撞擊，將有回流、旋渦產(chǎn)生。這就決定亂流潔凈室的流態(tài)實(shí)質(zhì)是：突變流；非均勻流。

這比用紊流來描述亂流潔凈室更確切、更全面。紊流主要決定于雷諾數(shù)，也就是主要受流速的影響，但是如果采用一個(gè)高效過濾器頂送的送風(fēng)形式，則即使流速極低，也要產(chǎn)生上述各種結(jié)果，這就因?yàn)樗且粋€(gè)突變流和非均勻流。因此這種情況下不僅有流層之間因紊流流動(dòng)而發(fā)生的摻混，而且還有全室范圍內(nèi)的大的回流、旋渦所發(fā)生的摻混。

所以，概括地說，亂流潔凈室的作用原理是：當(dāng)一股干凈氣流從送風(fēng)口送入室內(nèi)時(shí)，迅速向四周擴(kuò)散、混合，同時(shí)把差不多同樣數(shù)量的氣流從回風(fēng)口排走，這股干凈氣流稀釋著室內(nèi)污染的空氣，把原來含塵濃度很高的室內(nèi)空氣沖淡了，一直達(dá)到平衡。所以氣流擴(kuò)散得越快，越均勻，稀釋的效果就越好。所以亂流潔凈室的原理就是稀釋作用。

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