无锡回风口的设置对高等级级洁净层流手术室的影响

摘　要:采用高雷诺数K-ε二方程模型, 在保证Ⅰ 级洁净手术室工作区洁净度、送风速度的前提下, 对Ⅰ 级洁净手术室中回风口大小对其乱流度的影响进行了数值模拟, 得出了可用回风口大小的范围, 为Ⅰ 级洁净手术室的设计提供了依据。

引言

对于一个成功的洁净层流手术室, 既要保证工作区的洁净度、工作区内速度大小, 又要保证工作区内速度的均匀度, 即:乱流度。下面从保证工作区内乱流度角度出发, 对Ⅰ 级洁净手术室中回风口大小进行了研究, 以便在实际工程中能够得到应用。

1　计算的物理模型和数学模型

对物理模型作了如下假设:

1)手术室内无内热源, 外壁绝热;2)送风气体为不可压气体、稳态流动;3)污染源散发的粒子无质量。

其数学模型为:

1)连续性方程:

2)动量方程:

3)紊流脉动动能方程:

4)紊流能量耗散率方程:

5)浓度方程:

式中:ui ——— 速度矢量, m/s ;

P ——— 压力, Pa ;

vt ——— 紊流粘性系数, m2/s, 

v ——— 运动粘性系数, m2/s ;

C——— 空气含尘浓度, 粒/m3 ;

Q ——— 污染物发生率, 粒/(m3?s)。

各系数取值如下:

C1=1.44 , C2=1.92 , Ck =1 .00, Cε=1 .30, Cμ=0 .09, Cc =1 .00。

2　算例设计

手术室布置图如图1 所示, 乱流度计算点如图2 所示。

3　结果分析

乱流度是表明Ⅰ 级洁净手术室的一项重要指标, 其基本作用是为了说明速度场的离散程度, 用于不同速度场的比较。其基本表达式如下:

式中:vpj ——— 工作区内速度的平均值, m/s , ;

vi ——— 工作区内各节点的速度值, m/s ;

β ——— 乱流度;

K ——— 工作区内节点总数。

工作区各点乱流度计算结果如表1 所示。

　  为了分析方便, 将表1 拟合成曲线, 如图3、图4 所示。

对于Ⅰ 级洁净手术室而言, 乱流度不宜大于0 .25。由图3 、图4 可以看出:当回风口的高度分别为200 mm 、250 mm 时, 随着回风口长度的增加, Ⅰ 级洁净手术室工作区的乱流度先减小后增大, 由此可以说明, 在Ⅰ 级洁净手术室中, 回风口过长或者过短都会对乱流度产生影响。由图3 可以看出, 当乱流度小于0.25 时,回风口的长度范围为2 448 mm ～ 2 750 mm ;由图4 可以看出, 当乱流度小于0.25 时, 回风口的长度范围为2 452 mm ～ 2 746 mm 。由此数据可以看出:当回风口高度增加时, 会使工作区的乱流度或多或少有所增加。因此, 在设计回风口时, 尽可能要减小回风口的高度。另外, 在Ⅰ 级洁净手术室中, 回风口高度为200 mm 、250 mm 时, 回风口的面积能够满足风量的要求, 因此设计回风口时, 尽量使回风口的长度保持在2 448 mm ～ 2 746 mm 范围以内。

4　结语

Ⅰ 级洁净手术室空调设计时, 尽可能减小回风口的高度, 并且使回风口的长度保持在2 448 mm ～ 2 746 mm 范围以内。