摘 要:采用高雷諾數(shù)K-ε二方程模型, 在保證Ⅰ 級潔凈手術(shù)室工作區(qū)潔凈度、送風(fēng)速度的前提下, 對Ⅰ 級潔凈手術(shù)室中回風(fēng)口大小對其亂流度的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬, 得出了可用回風(fēng)口大小的范圍, 為Ⅰ 級潔凈手術(shù)室的設(shè)計提供了依據(jù)。
引言
對于一個成功的潔凈層流手術(shù)室, 既要保證工作區(qū)的潔凈度、工作區(qū)內(nèi)速度大小, 又要保證工作區(qū)內(nèi)速度的均勻度, 即:亂流度。下面從保證工作區(qū)內(nèi)亂流度角度出發(fā), 對Ⅰ 級潔凈手術(shù)室中回風(fēng)口大小進(jìn)行了研究, 以便在實際工程中能夠得到應(yīng)用。
1 計算的物理模型和數(shù)學(xué)模型
對物理模型作了如下假設(shè):
1)手術(shù)室內(nèi)無內(nèi)熱源, 外壁絕熱;2)送風(fēng)氣體為不可壓氣體、穩(wěn)態(tài)流動;3)污染源散發(fā)的粒子無質(zhì)量。
其數(shù)學(xué)模型為:
1)連續(xù)性方程:
2)動量方程:
3)紊流脈動動能方程:
4)紊流能量耗散率方程:
5)濃度方程:
式中:ui ——— 速度矢量, m/s ;
P ——— 壓力, Pa ;
vt ——— 紊流粘性系數(shù), m2/s,
v ——— 運動粘性系數(shù), m2/s ;
C——— 空氣含塵濃度, 粒/m3 ;
Q ——— 污染物發(fā)生率, 粒/(m3?s)。
各系數(shù)取值如下:
C1=1.44 , C2=1.92 , Ck =1 .00, Cε=1 .30, Cμ=0 .09, Cc =1 .00。
2 算例設(shè)計
手術(shù)室布置圖如圖1 所示, 亂流度計算點如圖2 所示。
3 結(jié)果分析
亂流度是表明Ⅰ 級潔凈手術(shù)室的一項重要指標(biāo), 其基本作用是為了說明速度場的離散程度, 用于不同速度場的比較。其基本表達(dá)式如下:
式中:vpj ——— 工作區(qū)內(nèi)速度的平均值, m/s , ;
vi ——— 工作區(qū)內(nèi)各節(jié)點的速度值, m/s ;
β ——— 亂流度;
K ——— 工作區(qū)內(nèi)節(jié)點總數(shù)。
工作區(qū)各點亂流度計算結(jié)果如表1 所示。
為了分析方便, 將表1 擬合成曲線, 如圖3、圖4 所示。
對于Ⅰ 級潔凈手術(shù)室而言, 亂流度不宜大于0 .25。由圖3 、圖4 可以看出:當(dāng)回風(fēng)口的高度分別為200 mm 、250 mm 時, 隨著回風(fēng)口長度的增加, Ⅰ 級潔凈手術(shù)室工作區(qū)的亂流度先減小后增大, 由此可以說明, 在Ⅰ 級潔凈手術(shù)室中, 回風(fēng)口過長或者過短都會對亂流度產(chǎn)生影響。由圖3 可以看出, 當(dāng)亂流度小于0.25 時,回風(fēng)口的長度范圍為2 448 mm ～ 2 750 mm ;由圖4 可以看出, 當(dāng)亂流度小于0.25 時, 回風(fēng)口的長度范圍為2 452 mm ～ 2 746 mm 。由此數(shù)據(jù)可以看出:當(dāng)回風(fēng)口高度增加時, 會使工作區(qū)的亂流度或多或少有所增加。因此, 在設(shè)計回風(fēng)口時, 盡可能要減小回風(fēng)口的高度。另外, 在Ⅰ 級潔凈手術(shù)室中, 回風(fēng)口高度為200 mm 、250 mm 時, 回風(fēng)口的面積能夠滿足風(fēng)量的要求, 因此設(shè)計回風(fēng)口時, 盡量使回風(fēng)口的長度保持在2 448 mm ～ 2 746 mm 范圍以內(nèi)。
4 結(jié)語
Ⅰ 級潔凈手術(shù)室空調(diào)設(shè)計時, 盡可能減小回風(fēng)口的高度, 并且使回風(fēng)口的長度保持在2 448 mm ～ 2 746 mm 范圍以內(nèi)。
