Визуализация и моделирование потоков воздуха

Эффективность чистого помещения, а также выполнение его задач, зависят от различных факторов в проекте, таких как размещение оборудования, использование приточных фильтров и вытяжек. Важным аспектом является также учет тепловыделений, воздействие персонала и материалов, влияющих на направление потоков воздуха.

Для определения характеристик потока воздуха, таких как его вид, форма, направление и скорость, применяются два основных метода моделирования: физическое и численное компьютерное моделирование. Физическое моделирование может стать обязательным этапом при аттестации уже построенного помещения, особенно в ответственных областях, таких как асептическое производство. Существует несколько методов, отличающихся сложностью, для проведения такого моделирования.

Один из простейших методов - визуализация потока воздуха при помощи специальных трубок, из которых выделяется видимый дым при прохождении воздуха. Получение реального представления о потоках воздуха в уже построенном помещении является важной задачей. Однако, обнаружив существенные ошибки в проекте на этом этапе, их исправление может быть сложным или даже невозможным.

Моделирование становится необходимым на этапе проектирования, когда формируется концепция проекта и принимаются основные решения. Это позволяет учесть разнообразие факторов на ранних стадиях, определить аэродинамическую картину в помещении и оценить влияние изменений в расположении фильтров, оборудования и других элементов на потоки воздуха и класс чистоты в различных зонах чистого помещения.

Концентрация частиц и микроорганизмов в воздухе чистого помещения зависит от взаимодействия воздушных потоков, их формы и направления, источников загрязнений и тепла, конфигурации оборудования, воздействия персонала, размещения чистой операционной и других факторов. Изменения в любом из этих элементов могут привести к изменениям в потоках воздуха и уровне загрязнения.

Современные методы компьютерного моделирования позволяют создавать детальные изображения потоков воздуха, учитывая ряд параметров, таких как скорость потока, температура и другие. При этом строятся линии тока воздуха, отражающие скорости течения, температуру и другие характеристики. Это предоставляет возможность оптимизировать планировочные решения и параметры системы подготовки воздуха.

Методы численного моделирования потоков воздуха основаны на решении системы нестационарных уравнений Навье-Стокса, применяя модели турбулентности, уравнения баланса энергии газа и концентрации загрязнений. При компьютерном моделировании объем чистого помещения разбивается на сотни тысяч ячеек, каждая из которых описывает параметры тепла, загрязнений и воздуха в своем объеме. Уравнения охватывают все эти ячейки, создавая дискретную модель чистого помещения.

Этот метод применяется в сложных сценариях, где опыт может не предоставить четкого решения. В целом, компьютерное моделирование обеспечивает удовлетворительную ясность для однонаправленных потоков воздуха. Однако, для неоднонаправленных потоков его практическая ценность иногда под сомнением из-за множества допущений, которые могут не всегда соответствовать реальной практике. В таких случаях рекомендуется руководствоваться опытом и здравым смыслом, учитывая ограничения практических условий размещения фильтров, оборудования и других элементов.

В большинстве случаев достаточно провести оценку динамики изменения концентрации частиц, учитывая параметры, такие как кратность воздухообмена, количество персонала, используемая одежда и пылевыделения от оборудования (см. главы 7 и 12). Это позволяет вычислить важный параметр - время восстановления чистого помещения после существенного увеличения концентрации частиц в нем.

Основное внимание следует уделить правильной организации системы вентиляции и кондиционирования. Важно определить расход воздуха, выполнить баланс воздухообмена, разумно распределить приточные и вытяжные фильтры, а также выбрать подходящие приточные диффузоры. В случае неоднонаправленных потоков, рекомендуется использовать вихревые или четырехсторонние диффузоры.

Эффективность системы воздушной обработки в значительной степени зависит от тщательного планирования и корректного подхода к выбору оборудования, что позволит обеспечить не только оптимальные условия внутри помещения, но и эффективное восстановление чистоты после возможного увеличения концентрации частиц.