在潔凈室工程中，自美國FS209C將潔凈室中的氣流流動(dòng)分為單向流和非單向流后，這一名詞被廣泛采用。我們知道，從流體力學(xué)的角度，描述流體的流態(tài)，按質(zhì)點(diǎn)的速度是否隨時(shí)間變化分為穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)。 按流速是否隨流向變化，分為均勻流動(dòng)和非均勻流動(dòng)。不均勻流動(dòng)又分為漸變流動(dòng)和急變流動(dòng)。? ?空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定一般屬恒定流動(dòng)。潔凈室中的氣流流動(dòng)除天棚滿布、高效過濾器送風(fēng)?滿布地板格柵回風(fēng)的典型流動(dòng)性屬均勻流動(dòng)外，均屬不均勻流動(dòng)。

1、潔凈室工程中，由于斷面積大，既或在穩(wěn)定流動(dòng)中也不屬于層流。只有在潔凈管道中可能形成層流。?無塵車間的流態(tài)分類(以下均以美國FS209為例)最早分為層流和亂流。美國FS209C開始將層流改稱單向流，亂流改稱非單向流。這一名稱顯然比較貼切。 對(duì)單向流的描述，文字上也稍有差異：

FS209C(1987年10月27日發(fā)布)：”氣流以一個(gè)平行的方向沿單一通道穿過潔凈室或潔凈區(qū)”;? ?FS209D(1989年6月15日發(fā)布)：”一般具有平行流線，以單一通路、單一方向通過潔凈室或潔凈區(qū)的氣流”;

FS209E(1992年9月11日發(fā)布)：”一般具有平行流紅，以單一方向并且橫斷面上風(fēng)速一致的氣流。”? ?上述對(duì)單向流的描述與FS209B對(duì)層流的描述有那些差別呢?

FS209B稱：層流的規(guī)定是，在限制范圍的全部空氣以均勻的速度平行流動(dòng)。

FS209B對(duì)層流氣流速度又有明確的規(guī)定：”通過潔凈室斷面的氣流速度能常保持為0.457m/s，在整個(gè)無干擾的房間內(nèi)，其不均勻度在±20%以內(nèi)。” 這就是說對(duì)單向流的描述中刪去了速度約0.457m/s的規(guī)定和斷面風(fēng)速不均勻度為±20%的要求。

綜上所述，潔凈室中形成單向流有三個(gè)條件，也就是單向流的三要素：氣流速度、流線不均勻度、氣流平行度。但對(duì)三要素均無定量的數(shù)值限制。雖然FS209E已被廢止，但國際標(biāo)準(zhǔn)和我國<潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范>GB50073-2001，有關(guān)單向流的描述，仍沿用FS209E的提法。我們知道，最佳的氣流組織就是使塵粒沿著流線(跡線)以最短的路徑排走。所以單向流是最佳流型。

2、單向流三要素分析? ?

2.1 氣流速度

FS209B規(guī)定的潔凈室工程氣流速度保持在0.457m/s的規(guī)定顯然偏大，目前各國的規(guī)定均未規(guī)定這么高的氣流速度。潔凈技術(shù)多年的實(shí)踐也證明不需要這么高。 那么，單向流的流速多大合適呢?筆者對(duì)此進(jìn)行理論分析。

對(duì)垂直單向流，氣流速度υ≥0.25m/s足矣。在水平單向流中，塵粒除隨氣流運(yùn)動(dòng)外，還受到一個(gè)重力作用。

無論垂直單向流還是水平單向流的氣流速度取υ≥0.25m/s均足夠。當(dāng)然水平單向流可適當(dāng)提高一點(diǎn)流速。

氣流速度的選擇應(yīng)該使整個(gè)氣流均勻流動(dòng)不發(fā)生滯留區(qū)。不發(fā)生滯留區(qū)氣流速度必須大于0.08m/s。氣流速度應(yīng)能抵抗人員活動(dòng)、熱浮升的干擾，在水平單向流中還應(yīng)抵抗塵粒自由沉降的影響。

當(dāng)人員活動(dòng)時(shí)，就相當(dāng)于有外力作用在塵粒上。某一物體受到外力作用就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)初速度，這些速度下物體會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。機(jī)械力(人員的活動(dòng))基本不影響塵粒的轉(zhuǎn)移，外力消失后，塵粒會(huì)繼續(xù)沿流線流動(dòng)。

2.2 氣流速度的不均勻度

潔凈技術(shù)發(fā)展初期，對(duì)氣流的不均勻度要求很嚴(yán)格。

美國FS209B規(guī)定：不均勻度在±20%以內(nèi)。此規(guī)定沒有說明以那個(gè)速度為基準(zhǔn)值，是設(shè)計(jì)風(fēng)速還是斷面風(fēng)速的實(shí)測平均值。一般認(rèn)為其準(zhǔn)值是斷面實(shí)測的平均風(fēng)速。

由于過濾器濾料密度不均，過濾器送風(fēng)靜壓箱壓力不均，及由于相鄰高效過濾器邊框形成的無風(fēng)區(qū)，相鄰過濾器出風(fēng)搭接處的風(fēng)速與過濾器表面的出風(fēng)風(fēng)速也不相同。

美國FS209以后，刪掉了氣流不均勻度的要求。這顯然是長期實(shí)踐得出的認(rèn)識(shí)。從長期對(duì)潔凈室的測試發(fā)現(xiàn)這一要求基本達(dá)不到。

我們知道，潔凈廠房設(shè)計(jì)出口氣流除射流的主體段之核心部分，氣流速度相等，流線平行外，其它部分均不可能。

3、流線的平行度?

各種規(guī)范都規(guī)定單向流的一個(gè)要素是氣流流線平行。這一點(diǎn)到目前為止仍被堅(jiān)持。然而實(shí)踐證明也不是不必要的。

我們知道，氣流速度相等和流線平行，只有兩種情況能達(dá)到：①射流的起始段之核心部分。②有Welosinski曲線入口的直管段。其它情況由于多種原因均不可能。

只要整個(gè)氣流中的流線(跡線)不交叉，不形成渦流區(qū)，塵粒就會(huì)沿著跡線(流線)排走，而不會(huì)被滯留。? ?通過上面分析可知，只要整個(gè)氣流在一個(gè)通道上流動(dòng)，流線之間不形成渦流區(qū)，流線平行與否均勻可將塵粒排走。所以氣流流線要求平行也是沒有必要的，而且由于氣流速度的不均勻性而形成橫向的壓力變化，流線完全平行是不可能的。

那么，兩個(gè)流線間在什么情況下不形成渦流區(qū)呢?對(duì)此純理論的論述尚未見到。在流體力學(xué)中對(duì)漸擴(kuò)管的局部阻力損失有半經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)推算當(dāng)擴(kuò)張角為5-80時(shí)[3]阻力損失最小，這就意味著擴(kuò)散角為5-80除磨擦阻力外，只有由于流體流斷面逐漸擴(kuò)大而形成的流速分布改變形成的損失，而基本無旋渦區(qū)的損失，流體并未脫離擴(kuò)張管壁。所以可以認(rèn)為只要送風(fēng)口的出流中，相鄰的流線夾角小于5-80，整個(gè)氣流就會(huì)沿單一的總趨向流動(dòng)。因?yàn)樵诖饲闆r下，塵粒仍可沿自己的跡線流動(dòng)而不受干擾，這就達(dá)到了排走的目的。? ?以上是在空態(tài)上，分析室內(nèi)的塵粒沿氣流流線排走的情況。

實(shí)際工程中，由于有工藝設(shè)備將影響氣流運(yùn)動(dòng)方向，使塵粒流跡發(fā)生改變。在這種情況下我們所要研究的是，某一塵粒是否能被控制在一定范圍被排走，而不影響相鄰的工作點(diǎn)。

對(duì)兩個(gè)相鄰工作點(diǎn)間的距離并無統(tǒng)一規(guī)定，這與工藝操作要求有關(guān)。但兩個(gè)最近的工作點(diǎn)，應(yīng)該是兩個(gè)坐著工作的活動(dòng)范圍。國內(nèi)外均對(duì)此作過分析。人的活動(dòng)范圍為一米直徑范圍內(nèi)，以1.80米高度的塵源，落到工作區(qū)高度0.75米的人活動(dòng)范圍外，計(jì)算得到流線與垂線的偏有為250。這種假定是可行的。文獻(xiàn)指出，如果橫向氣流分量是主氣流的40%(這大約形成23.60偏角)，可以防止相鄰工作區(qū)的污染。? ?相鄰的工作點(diǎn)的交叉污染用流線的傾角可以被控制，而自己工作區(qū)的工作臺(tái)面有可能滯留塵粒。這種情況發(fā)生在以下兩種情況：①氣流流過的工作臺(tái)邊角時(shí)，發(fā)生渦流;②工作臺(tái)表面近似水平的氣流速度趨向零時(shí)。對(duì)第一種情況，只需渦流區(qū)出現(xiàn)在工作臺(tái)下，就不影響工作區(qū)潔凈度(頂送風(fēng)相對(duì)兩側(cè)墻底部回同的氣流流型就可以保證工作區(qū)高度以上不產(chǎn)生渦流區(qū));第二種情況，只要工作臺(tái)面不太長，瞬時(shí)氣流變?yōu)榱愕目赡苄院苄?。因?yàn)閴m粒的懸浮速度特小，只要有微小的氣流流速就可帶走塵粒。

但是，流線的不平行度，應(yīng)該以兩流線間不形成渦流，塵粒不被滯留為依據(jù)。所以流線的不平行度應(yīng)該是夾角 5-80。而上面提到250或23.60的夾角中不形成渦流是因?yàn)檫€有很多流線。250左右的傾角應(yīng)該稱為相鄰工作點(diǎn)不形成污染的傾角，或污染物被控制在自己工作區(qū)范圍的傾角更為貼切。

4、關(guān)于單向流建議?

從美國FS209E對(duì)單向流的描述可知，形成單向流要在氣流充滿潔凈室或潔凈區(qū)的前提下，還有三個(gè)要素：氣流速度、氣流的不均勻度、氣流的平行度。而且對(duì)三要素均有嚴(yán)格的要求。

對(duì)氣流而言，單向流無疑是最佳的氣流流型，因?yàn)樗梢赃_(dá)到高級(jí)別潔凈度。當(dāng)然低級(jí)別潔凈度可用非單向流。典型的垂直單向流流線平行，同一高度上塵粒排走的路徑相同而且最短。但我們有時(shí)只要求塵粒沿流線排走即可，至于同一高度的塵粒是否排走的路徑最短或是否同時(shí)排走，并不刻求。從這一點(diǎn)出發(fā)能否對(duì)單向流的概念，有一種新的提法。

潔凈技術(shù)發(fā)展到今天，使人們清楚的認(rèn)識(shí)到，早期對(duì)潔凈室裝修十分苛刻的要求已被取消;對(duì)氣流組織要求也在調(diào)整，使之更有效實(shí)用。國內(nèi)外大量研究表明，潔凈室的潔凈度主要取決于合理的氣流組織和高效過濾器的效率。

根據(jù)新定義，目前稱之為矢流的氣流也可稱為單向流。潔凈廠房設(shè)計(jì)它也符合條件：氣流充滿潔凈室，流向總趨向單一，流線不交叉且具有一定的速度。當(dāng)然這的流線并不平行，同一斷面的速度也不相等，而且塵粒排走的路徑不是最短的，但塵?？裳啬骋涣骶€排走。按照新定義，潔凈室的潔凈度要求不同，可以選擇不同氣流組織方案。

非單向流則是氣流未充滿整個(gè)潔凈室，在潔凈室內(nèi)形成較大渦流區(qū)的氣流。

原文來源：無塵無菌潔凈室專家??微信號(hào)：rfilter???http://m.gxshunjiang.com/