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洁净实验室/手术室


什么是洁净室

一、定义

洁净室(Clean Room),亦称为无尘室或清净室。它是污染控制的基础,没有洁净室,污染敏感零件不可能批量生产。在FED-STD-2里面,洁净室被定义为具备空气过滤、分配、优化、构造材料和装置的房间,其中特定的规则的操作程序以控制空气悬浮微粒浓度,从而达到适当的微粒洁净度级别。

洁净实验室手术室的主要功能为室内污染控制,保障污染敏感零件的批量生产和手术过程的安全无污染。其中特定的规则的操作程序以控制空气悬浮微粒浓度,从而达到适当的微粒洁净度级别。洁净程度和控制污染的持续稳定性,是检验洁净室质量的核心标准


洁净室状态分为以下三种

  空态:已经建造完成并可以投入使用的洁净室(设施)。它具备所有有关的服务和功能。但是,在设施内没有操作人员操作的设备。

  静态:各种功能完备、设定安装妥当,可以按照设定使用或正在使用的洁净室(设施),但是设施内没有操作人员。

动态:处于正常使用的洁净室,服务功能完善,有设备和人员;如果需要,可从事正常的工作。

二、洁净室原理

单向流(层流)洁净室原理

  [1]在洁净室内,从送风口到回风口,气流流经途中的断面几乎没有什么变化,加上进风静压箱和高效过滤器的均压均流作用,全室断面上的流速比较均匀,而至少在工作区内流线单向平行,没有涡流。这也就是单向流洁净室的三大特点。这里的流线单向平行,是指时均流线彼此平行,方向单一。

  单向流洁净室的流态从雷诺数判断是紊流的,所以所谓层流洁净室的层流和流体力学上的层流是完全不同的概念。因此,层流洁净室这个名词是不贴切的,国外某些标准和文章也指出这一点,例如英国标准BS-5295就曾把所谓层流洁净室定义为单向流洁净室,只是照顾习惯在括号中注明为层流。前联邦德国标准VDl- 2083则用“非紊流的置换流”这一术语,并在注中指出,层流这一概念只是为了区别早于层流洁净室出现的紊(乱)流洁净室而在当时采用的习惯用语,“层流系统”的确切意思并不是分层流动,而是紊流的置换流,用本章提到的概念是紊流的渐变流。在流体力学中,这种流动状态也可称平行流或单向流。1977年中国在《空气洁净技术措施》中选用了“平行流”这个术语,在该术语后面同时也指出习惯上称“层流”。

  在单向流洁净室内,干净气流不是一股或几股,而是充满全室断面,所以这种洁净室不是靠洁净气流对室内脏空气的掺混稀释作用,而是靠洁净气流推出作用将室内脏空气沿整个断面排至室外,达到净化室内空气的目的。所以,前联邦德国有人称单向流洁净室的气流为“活塞流”、“平推流”前苏联称之为“被挤压的弱空气射流”。干净空气就好比一个空气活塞,沿着房间这个“气缸”,向前(下)推进,而使尘粒只能前(下)进,没有返回,把原有的含尘浓度高的空气挤压出房间。

  在单向流洁净室以及单向流净化设备中,可以发现沿壁的和两个过滤器搭接处下方的反向气流。这种气流将把下方的污染传输到上部再送下来,破坏了上述“活塞流”的状态,危害极大。对于和外界有开口相通的局部净化设备,例如洁净工作台,这种气流将引射外界污染气流,在设计上一定要减小过滤器边框处所占的无效面积,更要设法使空间的壁面尽量接近过滤器有效迭风截面

  通过上面分析,可以认为保证单向流洁净室特性(高洁净度和快速自净恢复能力)的重要先决条件有两个:

①来流的洁净度;

②来流的活塞流情况;

  对于来流的洁净度,对通过高效以上过滤器送风的单向流洁净室来说是不成问题的,而对于来流的“活塞流”情况,则需作进~步分析。

  根据流体力学原理,来流条件对以后的流动状况将有直接的重要影响,送风面出口气流也就是工作区的来流。

  来流的紊动性大,则将影响后面的单向流特性;来流未充满流动截面,则将影响后面是否能形成“活塞流”和形成的快慢;而来流未充满流动截面也是来流素动的一个因素。所以,在采用高效过滤器的条件下,保证单向流洁净室特性的必要条件是“活塞流”,而“活塞流”的必要条件则是来流充满流动截面。但是,对一间房间而不是一段管道来说,让气流从头至尾完全充满流动截面也是不现实的。

  最初,确实认为这种单向平行的气流应该充满整个洁净室,但这在技术上和经济上都是不利的。随着认识的发展,人们又指出这种单向流只是“在有限的领域内全部空气沿平行流线以等速流动的意思”,并认为能极力抑制涡流的发生。通过全空间的清洁空气的单向流特性占支配地位的那样的房间,也称为单向流洁净室。这就是说,不要求在整个房间都具有单向平行的流线,均匀的速度,没有涡流,而是只要求单向平行流特性在这个房间中占支配地位,例如在整个工作区这一层空间保证了单向流,这个房间就是单向流洁净室。前面介绍过的国内外有关标准、措施中关于单向流洁净室达到的高洁净度,就是指在工作区内达到的洁净度。因此,密集布置的流线型散流器顶送和全孔板顶送,也被作为实现垂直单向流的手段使用。

乱流洁净室原理

  [2]洁净室按其气流状态来区分,主要分为乱流(非单向流)洁净室、单向流洁净室和辐流洁净室(也有称矢流洁净室的),这一节主要讨论乱流洁净室。前面已经指出,不论是哪一种洁净室,都是紊流流态。那为什么不都叫紊流洁净室呢?

  乱流洁净室的名称是借用于日文,但是日文的乱流就是紊流的意思,而中国最早在《空气洁净技术措施》中正式采用的乱流一词是兼有紊流的含义而不同于流体力学上的紊流这一专有名词。现在国际上则习惯称这种洁净室为非单向流洁净室。

  所谓乱流洁净室,一般包括以下各种送风形式:

  ⑴高效过滤器顶送(有扩散板和无扩散板

  ⑵流线型散流器顶进

  ⑶局部孔板顶送

  ⑷侧送

  具有这些送风形式的洁净室,如以雷诺数判断,显然属于紊流流态,但是如果把它们称为紊流洁净室就不合适。气流沿整个顶棚下送,室内速度达到0.25m/s 以上,这种室内的流动状态也是紊流,但在后面就会搞清楚,虽然这两种送风方式都造成室内紊流流态,但是就其净化室内空气的原理来说,却是根本不同的,后者属于单向流或平行流洁净室的净化原理。所以如果把前者称为紊流洁净室,则后者也应被包含进去了。

  乱流洁净室的主要特点是从来流到出流(从送风口到回风口)之间气流的流通截面是变化的,洁净室截面比送风口截面大得多,因而不能在全室截面或者在全室工作区截面形成匀速气流。所以,送风口以后的流线彼此有很大或者越来越大的夹角,曲率半径很小,气流在室内不可能以单一方向流动,将会彼此撞击,将有回流、旋涡产生。这就决定乱流洁净室的流态实质是:突变流;非均匀流。

  这比用紊流来描述乱流洁净室更确切、更全面。紊流主要决定于雷诺数,也就是主要受流速的影响,但是如果采用一个高效过滤器顶送的送风形式,则即使流速极低,也要产生上述各种结果,这就因为它是一个突变流和非均匀流。因此这种情况下不仅有流层之间因紊流流动而发生的掺混,而且还有全室范围内的大的回流、旋涡所发生的掺混。

  所以,概括地说,乱流洁净室的作用原理是:当一股干净气流从送风口送入室内时,迅速向四周扩散、混合,同时把差不多同样数量的气流从回风口排走,这股干净气流稀释着室内污染的空气,把原来含尘浓度很高的室内空气冲淡了,一直达到平衡。所以气流扩散得越快,越均匀,稀释的技果就越好。所以乱流洁净室的原理就是稀释作用。


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