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

1、潔凈室工程中，由于斷面積大，既或在穩(wěn)定流動中也不屬于層流。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速一致的氣流。”? ?上述對單向流的描述與FS209B對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。

FS209B對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，在整個無干擾的房間內(nèi)，其不均勻度在±20%以內(nèi)。” 這就是說對單向流的描述中刪去了速度約0.457m/s的規(guī)定和斷面風速不均勻度為±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。但對三要素均無定量的數(shù)值限制。雖然FS209E已被廢止，但國際標準和我國<潔凈廠房設(shè)計規(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?筆者對此進行理論分析。

對垂直單向流，氣流速度υ≥0.25m/s足矣。在水平單向流中，塵粒除隨氣流運動外，還受到一個重力作用。

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。當然水平單向流可適當提高一點流速。

氣流速度的選擇應(yīng)該使整個氣流均勻流動不發(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、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。

當人員活動時，就相當于有外力作用在塵粒上。某一物體受到外力作用就會產(chǎn)生一個初速度，這些速度下物體會發(fā)生運動。機械力(人員的活動)基本不影響塵粒的轉(zhuǎn)移，外力消失后，塵粒會繼續(xù)沿流線流動。

2.2 氣流速度的不均勻度

潔凈技術(shù)發(fā)展初期，對氣流的不均勻度要求很嚴格。

美國FS209B規(guī)定：不均勻度在±20%以內(nèi)。此規(guī)定沒有說明以那個速度為基準值，是設(shè)計風速還是斷面風速的實測平均值。一般認為其準值是斷面實測的平均風速。

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

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

我們知道，潔凈廠房設(shè)計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)定單向流的一個要素是氣流流線平行。這一點到目前為止仍被堅持。然而實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。

只要整個氣流中的流線(跡線)不交叉，不形成渦流區(qū)，塵粒就會沿著跡線(流線)排走，而不會被滯留。? ?通過上面分析可知，只要整個氣流在一個通道上流動，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，兩個流線間在什么情況下不形成渦流區(qū)呢?對此純理論的論述尚未見到。在流體力學中對漸擴管的局部阻力損失有半經(jīng)驗公式經(jīng)推算當擴張角為5-80時[3]阻力損失最小，這就意味著擴散角為5-80除磨擦阻力外，只有由于流體流斷面逐漸擴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，流體并未脫離擴張管壁。所以可以認為只要送風口的出流中，相鄰的流線夾角小于5-80，整個氣流就會沿單一的總趨向流動。因為在此情況下，塵粒仍可沿自己的跡線流動而不受干擾，這就達到了排走的目的。? ?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。

實際工程中，由于有工藝設(shè)備將影響氣流運動方向，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。

對兩個相鄰工作點間的距離并無統(tǒng)一規(guī)定，這與工藝操作要求有關(guān)。但兩個最近的工作點，應(yīng)該是兩個坐著工作的活動范圍。國內(nèi)外均對此作過分析。人的活動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米的人活動范圍外，計算得到流線與垂線的偏有為250。這種假定是可行的。文獻指出，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氣流流過的工作臺邊角時，發(fā)生渦流;②工作臺表面近似水平的氣流速度趨向零時。對第一種情況，只需渦流區(qū)出現(xiàn)在工作臺下，就不影響工作區(qū)潔凈度(頂送風相對兩側(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，只要工作臺面不太長，瞬時氣流變?yōu)榱愕目赡苄院苄　Ｒ驗閴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為還有很多流線。250左右的傾角應(yīng)該稱為相鄰工作點不形成污染的傾角，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，還有三個要素：氣流速度、氣流的不均勻度、氣流的平行度。而且對三要素均有嚴格的要求。

對氣流而言，單向流無疑是最佳的氣流流型，因為它可以達到高級別潔凈度。當然低級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排走，并不刻求。從這一點出發(fā)能否對單向流的概念，有一種新的提法。

潔凈技術(shù)發(fā)展到今天，使人們清楚的認識到，早期對潔凈室裝修十分苛刻的要求已被取消;對氣流組織要求也在調(diào)整，使之更有效實用。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：rfilter???http://www.gxshunjiang.com/