CASE SHOW
案例展示
空气设备CFD气流仿真
案例一:空气净化机柜的优化设计
在工业制造行业,通风与空气的净化处理都是产品生产流程的重要组成部分。空气净化机柜是HVAC系统中的关键设备,而机柜内部的气流组织如果存在较大不均或局部集中,则将影响其内过滤器的净化性能。一是过滤器使用寿期减短、浪费资源、增加额外运营成本 ;二是过滤器易损坏、降低了系统 功能、造成更大危害。
因此,在机柜设计环节,必须在箱体内设置合适的均流结构,以确保机柜可靠的净化性能。
某新型空气净化机柜(图片来自于上海钉点智能)
根据CFD技术对其内部气流进行仿真模拟,不断优化内部均流结构的设计,使机柜的气流均匀性得到良好的改善。
基于CLABSO软件针对该机柜腔体内的气流分布情况进行模拟,为进一步深入研究产品优化设计提供了科学化的直观参考。
本模拟风洞环境采用标准大气压;采用KEpsilon湍流模型;进风口处格栅尺寸约1mm,网格精度要求过大,影响计算时长,采用多孔介质替代;离心风机由于没有合适的模型,采用均匀的送风面提供动力;机柜腔体内参数如下表所示:
参数名 | 数值 |
额定风量 | 300CMH |
进风口 | 多孔介质阻力系数:6590 |
垂直于进风口截面速度云图
垂直于进风口截面速度矢量图
气流从出风口底部圆孔进入腔体,速度有所减小。主要流向腔体中间区域,在腔体右下角会出现一个速度较小气旋。
用高清颜色较亮的2D箭头可以清楚的查看测风道内是否存在回流现象。从图上左测测风道有结构体阻拦气流流通,在结构体上方出现一个小的气旋。存在气体回流情况。右侧测风道也存在气流回流。
平行两侧侧风道截面速度矢量图
箭头方向代表气流流动方向,箭头方向朝下,存在回流现象。
洁净室气流组织评估分析
案例二:洁净室气流组织模拟评估
在工业洁净室的设计、施工和运行过程中,气流组织是影响洁净室成功与否的一个重要因素。良好的气流组织,既能保证房间的洁净度等级,又能有效地避免生产过程中的污染与交叉污染。
洁净室应该如何科学高效设计?
洁净室在设计环节,房间的气流组织无法直观显示,设计师也无法用肉眼直观地检查气流组织是否合理,光凭经验难免会有不当甚至是错误的设计。
面对此类问题,在设计过程中采用CFD软件对洁净室内的气流组织进行仿真模拟和可视化演示,能够提高设计效率,减少设计风险。
CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学),是利用计算机在虚拟环境下,对空气流动、传/散热和污染等物理现象,进行数值模拟计算和可视化展示。
送风口形式
图1高效送风口送风形式
图2 FFU送风形式
风口布置
图3 洁净室扩散出口送风速度矢量图
图4 出风口加微孔铝板
图5 出风口不加微孔铝
气流组织对房间洁净度的影响
图7 百级洁净室截面的空气龄分析
气流组织其他环境参数的影响
图9 洁净室压力分布云图
CFD原理
Navier-Stocks方程,是流体的运动方程,其数学公式如下:
洁净室/无尘室优化设计
案例三:洁净室/无尘室改造优化设计
1、压膜曝光工艺
压膜机 曝光机
什么是洁净室(无尘室)?
洁净室,就是让粉尘粒子可以迅速从空间中排除出去的气流组织空间。
今天的气流仿真分析的主角--压膜曝光车间,百级洁净室。
2021年8月,我们与苏州某PCB板全球供应商厂家合作,完成压模曝光车间气流组织优化的咨询服务工作。
现在,通过气流仿真,我们直观的让工程师看到气流的速度,压力,运动轨迹,就可以做出更精准的判断,很好的解决了这个问题。
>>洁净车间,首先是“气流”的车间
洁净室中的颗粒物是非常小的,百级洁净室控制的是0.5微米大小的粒子问题。这些粒子看不见,摸不着,所以很不听话。
对一个洁净室设计来说,第一要解决的问题是颗粒物能迅速有效的排出去。粒子是通过气流排出去的,知道了气流的运动轨迹,气流的速度、压力,才能保证粒子净化的效率。
那么,如何能很清晰的了解气流的运动轨迹,和速度压力呢?
粒子检测仪器可以探测,但不能反应粒子的运动路径,另一方面,在洁净室建设之前或者整改方案实施之前,也没有办法去检测。
高精度摄像机+激光照射,可以看到颗粒物。这个不现实。
一方面太贵,另一方面不能全局完成气流成像。当然也看不到压力。
有更便宜又全面的方法吗?
气流仿真技术就可以做到。
>>气流仿真技术的优势
气流仿真技术,归属于计算流体力学范畴,是一种虚拟实验技术。
在高性能计算机(HPC)中求解空气动力学方程,获得空气运动的相关的速度、压力、温度、湿度等物理量数据,并通过计算机图形学,让数据可视化的呈现出来。
如图,不同的速度值,用不同的颜色标识,用图像的形式显示,就可以很清晰的看到,什么区域是什么速度。
一目了然。
>>压膜曝光工艺对洁净的要求
压膜曝光工艺中,粉尘对压膜和曝光过程的影响非常大,如果出现较大的粉尘,产品将直接成为次品,或者直接报废,是PCB板工艺中,影响良品率的关键工序。
>>都有哪些异物和粉尘?
异物或者粉尘,出现的情况会非常多,从设备来的,从原料来的,从人带进来的,被空气带进来的。
这些异物和粉尘,随着空气继续在空间内运动。
所以,控制异物和粉尘的产生,和让粉尘迅速排除出去,成为洁净室最核心的功能。
洁净室控制= 污染源控制+净化控制
就是,少产生少进来,快出去全出去。
>>洁净室是如何组织空气的?
这些是通过空调系统,供风系统,FFU,高架地板布置,排风口设置,和相关空气控制和空气导流设备完成的。
>>中源广科,能为你做什么?
中源广科,为洁净室提供数字评估与数字优化解决方案。
气流偏转角度图(注:蓝色为低风险区,黄色为中风险区,红色为高风险区)
l 计算压膜曝光车间内的气流组织情况,包括气流的压力分布,速度大小,方向,运行轨迹等等;
l 分析哪些区域是扬尘区;
l 哪些地方是滞留区,乱流区;
l 评估FFU布置和高架地板的布置的效率;
l 评估不同区域的压力分布;
l 对整体的需求做方案性优化设计;
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