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cfd发表论文

发布时间:2023-11-07 13:58

cfd发表论文

这个问题问得有点大。
众所周知,做CFD不难,把CFD做好不容易。
CFD入门简单,本科毕业基础上,也就是一般硕士半年左右入门,入门之后,具备讲故事的能力,你就可以水一些CSCD级别的论文。
入门之后,就会觉得CFD的博大精深,个人觉得,发5%级别的SCI,在好的IDEA加成下,可能还是需要2年左右的沉淀,也就是硕士毕业之前能出来,有些努力的很能写的,在优秀导师的指导(push)下可以写好几篇。
如果是JFM级别的Top,在非常好的IDEA的加成下,恐怕还需要好几年的摸爬滚打,练出一身本事,做出没有瑕疵的CFD,最好还要试验的验证,同时要具备深刻扎实的分析能力,还要求非常好的ENGLISH,最后还要看缘分。

化学工程应用毕业论文

随着科技负效应的显现,工程伦理越来越受的人们的重视。化学工程有着与其他工程不同的特点。下面是我为大家整理的化学工程应用 毕业 论文,供大家参考。

《 化学工程中计算流体力学应用分析 》

摘要:计算流体力学是以多种计算方程为基础,在多种化学反应设备中进行能量、质量和动量的综合计算,分析出不同守恒定律中,这些变量的主控形式和变化规律,从而优化工程设计和工艺设备,提高化学反应中正向变化的进行,提高热量交换和原材料的反应速率等。从化学工程经济效益的角度分析,有利于工程成本的节约,提升了经济回报。 文章 计算流体力学的基本原理进行分析,并 总结 了其砸你化学工程中搅拌、热交换、精馏塔和化学反应工程的具体应用。

关键词:计算流体力学;求解;基本原理;化学工程;应用

化学工程在我国具有较长的研究与应用历程,并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效,不仅能够供给正常的生活需求,同时根据新材料的开发,能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中,较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的,具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析,能够优化工程设计和工艺改进,提高化学工程的生产效率。

1计算流体力学在化学工程中的基本原理

计算流体力学简称CFD,是通过数值计算 方法 来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程,从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律,其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下,计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法,其也是一门多门学科交叉的科目,计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识,也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识,其涉及面广。

针对计算流体力学的真实模拟,其主要目的是对流体流动进行预测,以获得流体流动的信息,从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展,市场上也出现了计算流体力学软件,其具有对流场进行分析、计算、预测的功能,计算流体力学软件操作简单,界面直观形象,有利于化学工程师对流体进行准确的计算。

2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用

2.1在搅拌中的应用分析

在搅拌的化学反应中,反映介质之间的流动性比较复杂,依据传统的计算形式根本无法解决,并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点,在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律,其得出的结构往往存在较差时效性,实验骗差加大。

通过对二维计算流体力学的应用,能够对搅拌中流体的形式进行模拟,并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化,不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关,还与时间、容器的形状等有着之间的联系,需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高,在通过借助多普勒激光测速仪后,已经对三维计算形式有了较大的突破,这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用,但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷,需要在今后的研究中不断的完善。

2.2CFD在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中主要的应用设备,通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用,能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同,计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变,增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积,提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中,热量交换的形式更为复杂,但是却群在重复性换热的特点,增加了换热的时间,提高了换热的效果。从总体上分析,计算流量力学中,需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用,能够计算出不同设备的热交换效果,并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。

2.3在精馏塔中的应用

CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。

Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。

Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。

2.4CFD在化学反应工程中的应用研究

在化学反应工程中,反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系,在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制,当反应中温度过大,就会造成分子的剧烈运动,其运动轨迹的变化规律就会异常,在利用计算流体力学的模型计算中,计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取,在计算流体力学的实际计算中,就要借助FLUENT进行三维建型,并利用测速反应器进行速度的测量,通过综合的比较分析,利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场,可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程,详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。

3结束语

计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义,并在经济效益的提高上具有重要的价值,在近几年,化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究,以二维空间计算和模拟为基础,不断的完善三维空间的流量计算,并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用,在今后的化学工程发展中,应加强此类学科的教学与延伸,提供出更有效的反应设备和工艺操作。

参考文献

[1]余金伟,冯晓锋.计算流体力学发展综述[J].现代制造技术与装备,2013(06).

[2]舒长青,王友欣.计算流体力学在化学工程中的应用[J].化工管理,2014(06).

《 能源化学工程专业化工热力学教学思考 》

[摘要]《化工热力学》是能源化学工程专业一门理论性和逻辑性较强的专业基础课,文章阐述了作者在《化工热力学》课程教学过程中如何提高学生对学习本课程兴趣的教学实践和教学体会。通过明确教学内容和教学主线,改变传统的单一的课堂教学,将课堂教学与学科动态及工程实践密切结合,激发学生学习兴趣,培养学生自主学习能力和工程意识,以满足培养能源化学工程领域领军人物的要求。

[关键词]化工热力学;能源化学工程;教学实践;教学体会

化工热力学是化工类学生的专业必修课程之一,主要讲述热力学定律在化学工程领域的应用,包括化工过程中各种形式的能量之间相互转换规律及过程趋近平衡的极限条件等。它是培养学生分析和解决实际化工问题思维方法的重要专业理论基础课[1-3]。然而该课程的课程内容抽象、计算繁琐,学生感到非常难学又缺乏实际应用,在课程学习过程中学生产生恐惧和厌学心理,达不到良好的教学效果,因此,我们对该课程的教学内容和 教学方法 进行一些改革和尝试,希望激发学生学习的兴趣,进而更好地掌握这门课程,为后续专业课程的学习夯实基础。

武汉大学2013年新开设的能源化学工程专业是由1958年原武汉水利电力学院开办的“电厂化学”专业发展而来,主要面向电力行业及高效洁净能源领域(包括超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等),培养掌握化学与化工基础理论及能源化学专业知识和技能的未来行业发展的领军人物。

目前,本专业主要有水处理、材料腐蚀与防护、化学监督与控制、能源化学四个主要研究方向。为了适应学校对新专业发展和一流学科建设的要求,2015年在本专业大三学生中新增设了《化工热力学》这门化工类专业的专业基础课程。如何调动学生的课堂积极性,培养学生的创新能力,夯实学生的专业基础,使他们在54学时的学习过程中理解并掌握本门课程的基本概念,并且将抽象的理论与实际的能源化学过程联系起来是本课程的核心教学任务。本文结合我校能源化学工程专业的培养目标,浅谈《化工热力学》的教学体会,着重对教学方式进行了探索和实践,为培养能源化学工程领域的领军人物奠定基础。

1明确教学内容与课程主线

结合我校《化工热力学》课程以工程应用为中心、专业研究方向覆盖面广等特点,我们选用了朱自强等编著、化学工业出版社出版的《化工热力学》作为教材[4],同时,也鼓励学生使用部分参考教材(《化工热力学》,冯新等编,2008;《化工热力学(第二版)》,陈钟秀等编,2000;《化工热力学导论(原著第七版)》,J.M.史密斯等编,刘洪来等译,2007)[5-7]。化工热力学发展时间较长,已形成较完整的知识体系,如何在54学时内有效地把关键知识点教授给学生是本课程教学实践的关键。

由于本专业学生在大二《物理化学》课程中已经系统学习了理想气体相关的状态方程及其应用,因此在本课程教学中不再赘述,而是重点介绍工程实际应用较多的二参数状态方程、化工热力学分析、溶液热力学、流体相平衡和化学反应平衡等。在教学实践中,首先,详细分析《化工热力学》教材结构,围绕主线内容合理编排知识点;其次,建立好各知识点之间的逻辑关系,让学生在大脑中建立化工热力学框架图;最后,根据能源化学工程专业的需要,适当删减补充了教材内容,结合学科动态,增强化工热力学的应用能力,如燃料电池开路电压的计算、水/二氧化碳共电解制合成气过程中气体组成的计算等。

2改变单一课堂教学模式,培养学生自主学习能力

化工热力学课程设计的公式多而繁杂,学生在开始学习阶段容易产生恐惧厌学心理,传统的单一课堂教学模式具有“教师主导学生学习”的特点,与本课程“教师引导学生学习”的教学目的存在较大偏差。因此,应改变传统单一课堂讲授模式,充分采用“启发式”和“参与式”相结合的教学方法。

首先,教师在 课前预习 阶段设疑(提出问题),促使学生思考,复习旧知识,预习新知识;其次,教师在教学实践过程中采用多媒体和板书相结合的教学方式解疑(解决问题),并通过对例题和习题的讲解加深学生对化工热力学原理、方法和应用的理解,同时,教学过程中应避免陷于抽象的说教和枯燥的公式推导之中,重点讲述化工热力学知识点的应用条件和物理意义;最后,课堂教学结束后,教师主动与学生面对面交流答疑(探讨问题),并设置思考题让学生查阅相关资料。通过“设疑—解疑—答疑”的渐进式教学方法达到对关键知识点举一反三的目的,同时,吸引学生注意力,培养学生自主学习能力,提高学生学习的积极性和主动性。

3课堂教学与工程实践密切结合,培养学生初步的工程观点

化工热力学由于理论性较强、基本概念多且抽象,而且本科生在学习过程中接触科研课题及工程实践的机会较少,将课堂教学内容与科研课题及工程实践紧密结合起来,建立“以应用为中心”、“探究式”的特色教学模式,紧密联系我校在能源化学工程领域(特别是超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等方面)开发利用的化学工程实际问题,把学科前沿领域的科研成果带入课堂,可以使他们强化科研思想、激发听课兴趣、培养创新能力;同时,可以让学生获取利用化工热力学基本原理解决工程实际问题提供思路和方法,培养学生初步的工程观点。

4考核方式方法研究

传统的期末一张考卷为准的考试方式不利于学生能力的培养,也不能全面地体现学生对所学知识的掌握程度,为了更加系统全面地评价学生对课程内容的认识情况,我们对课程的考核方式方法进行了改革探索。目前,课程成绩总评包括平时成绩和期末成绩两部分,其中平时成绩包括学生的课堂综合表现、课程预习、作业三个部分,各占10%;期末考试采用开卷方式考试,考试的题目偏重于对知识点的理解和其在能源化学过程中的应用。然而由于该课程的课程内容抽象、计算繁琐,教学过程中发现仍有部分学生存在畏惧厌学心理,因此,在今后的教学实践中应考虑进一步激发学生的学习兴趣,增强学生的主观能动性,在课堂教学中引入分组讨论,开展导向性的专题研究,将课程内容与能源化学过程(特别是学科动态)相结合,培养学生查阅资料和分工协作的能力,为学生下一步学习专业课程夯实基础。

5结束语

在《化工热力学》课程的教学实践和尝试中,首先要明确教学内容与主线,打破单一的学生被动听讲的模式,理论联系实际应用,调动学生学习的积极性和主动性,激发学生对教学内容的兴趣,并且在教学的过程中对教学方法进行改革创新,因材施教,为学生下一步学习更专业的能源化学工程知识和从事新能源行业工作奠定扎实的基础。

参考文献

[1]陆小华,冯新,吉远辉,等.迎接化工热力学的第二个春天[J].化工高等 教育 ,2008,3:19-21.

[2]梁浩,刘惠茹,王春花.《化工热力学》教学实践与尝试[J].广东化工,2010,37(1):157-158.

[3]李兴扬,唐定兴,沈凤翠,等.化工热力学教学改革与体验[J].化工高等教育,2011,3:71-73.

[4]朱自强,吴有庭.化工热力学(第三版)[M].北京:化学工业出版社,2009.

[5]冯新,宣爱国,周彩荣,等.化工热力学[M].北京:化学工业出版社,2008.

[6]陈钟秀,顾飞燕,胡望明.化工热力学(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2000.

[7]史密斯JM,范内斯HC,阿博特MM,等编;刘洪来,陆小华,陈新志,等译.化工热力学导论(原著第七版)(IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,SevenEdition).北京:化学工业出版社,2007.

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关于物理的学术论文?

物理是研究物质质量结构、物质相互作用和运动规律的自然科学,我整理了,欢迎阅读!

基于计算流体力学的风机数值模拟

随着国民经济的的不断进步和发展,风机的产生在国民经济的生产发展中起到很大的促进作用,以下是我蒐集整理的一篇探究计算流体力学的风机数值模拟的论文范文,供大家阅读参考。

摘要:风机是在国民经济发展的各个部门都被广泛使用的机器,通常在冶金、石油、化工、纺织、电力、轻工等工矿业较为广泛,在这些部门生产发展中起到很大的帮助作用,随着计算机软硬体的发展水平的提高,应用计算流体力学软体可以对风机进行数值模拟和分析,为深入了解和分析风机数值带来巨大便利,利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的控制方程,揭示流体运动的物理规律,进而得出风机的工作原理,本文同过对计算流体力学进行分析,解析出风机的数值模拟,不断完善发展风机技术。

关键词:计算流体力学;风机;数值模拟;发展前景

引言

随着国民经济的的不断进步和发展,风机的产生在国民经济的生产发展中起到很大的促进作用,风机将随着时代的发展,不断更新技术研究,从而能够更好的适应经济发展的需要,传统的风机设计,人们仅靠试验取得资料和经验公式,试验发现问题,改进设计。但由于试验研究方法受到各种条件的限制,很多模拟引数的测量受到很多不良因素的影响,给测量结果带来很大的困难,很容易降低风机数值的实用性,对风机数值测量的误差加大。而现阶段,由于科学技术的不断发展,利用商业CFD软体对风机的全三维流场进行模拟已越来越普遍,也就是利用计算流体力学对风机进行数值模拟的研究,给数值模拟工作带来了很大的便利,通过对计算结果进行了分析,模拟结果有助于理解风机内部的流动规律。

1 计算流体力学的概念分析

计算流体力学putational Fluid Dynamics,简称CFD起源于20世纪60年代,当时的学科兴起跟计算机的技术发展有很大关系,随着人们对其不断的发展和研究,计算流体力学已经被广泛的应用,各种商品化的CFD通用性软体开始应用这类力学研究,同时更是对很多工业领域的生产发展起到很大的作用,计算流体力学以计算机为基础,利用数值的方法进行对流体力学各类问题的研究和模拟,主要在离散格式、湍流模型与网格生成等方面进行相对的数值试验、计算机模拟和分析研究,利用计算流体力学研发出得CFD技术,不仅极大的克服了传统流体力学中不完善的问题,而且还在应用领域得以全面的扩大,很多核能、化工、建筑等领域都有其力学的涉略。风机在以上领域也有其所用之处,为此,计算流体力学对风机的设计和研究也有很大的作用。

2 风机的数值模拟分析

众所周知,风机的国民经济发展的重要工具,其在对生产过程中发出的大量溼、热、工业粉尘、甚至有害气体和蒸汽都有着有效的防护和净化处理的作用,同时还能回收再利用,有效的对资源进行合理的分配整合,其中风机在纺织业的作用较为突出,络筒机的离心风机提供了吸纱的作用,不仅可以免去资源浪费,还能减少纺纱机的能源消耗,有效的提高纺纱质量,具有更多的促进作用。在工业发展中,风机从节能、降低噪声污染的角度来说,尤其更大的促进作用,因此在风机的设计原理上,更多的要注重高效率,但就目前市面上的风机产品,可谓参差不齐,很多规格和品种配套性极差,为此在工业应用上也受到了很大的影响,需要对已有的风机进行改造,数字模拟其实是以电子计算机为工具,把数学模型蕴藏的定量关系展示出来,利用计算流体力学对风机的复杂流动问题的模拟计算,通过数值离散求解流体运动方程,揭示风机流体机理和流动规律,从而研制出新的风机设计,使整个产品从开发到运用都能够达到更为经济和省时的作用。

3 基于计算流体力学的风机数值模拟的应用

利用计算流体力学来研究风机的数值模拟,这种方法对风机的设计提供更为依据原理,对风机的不断完善起到促进作用,其应用范围很广,例如:通过对地铁专用轴流风机的设计来说,这类风机主要应用在地铁车站和隧道区间内,因其受都流量大、压头高和功率大等特点的制约,试验成为了地铁轴流风机的设计检验的一般途径,但是却在人力物力上有极大的消耗,造成设计成本的浪费。为了克服这一弊端,采用计算流体力学的原理,对地铁轴流风机采用进行数值模拟,主要是对地铁轴流风机在不同转速和安装角度进行模拟,通过得出的最后结果进行指导设计方案,并将模拟结果与厂家的试验资料作了对比,酌情查处风机是否有需要改动之处,从而提高风机的设计效率,具有明显的应用价值和经济效益。

4结论

以上对计算流体力学的风机数值模拟的分析和研究,计算流体力学不仅是对风机的设计有很大的促进作用,更大的提高风机的设计效率,随着科学技术的进步,其作用会越来越大,充分了的利用计算机和数值数学的结合,对流体力学的各类问题进行数值试验、计算机模拟和分析研究,以解决实际问题。从而有助于人们对风机的构造设计进行深入了解和不断完善,依靠合理的计算来优化风机的设计技术,计算流体力学不仅是科学技术革新的依据,更是极大满足了国民经济发展的需要,计算流体力学进行对风机数值模拟的技术研究,更是对设计高效率的风机具有重大意义。

参考文献

[1]黄其柏.离心风机旋转频率噪声的理论与声辐射特性研究[D].西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协年学术年会文集,2009.

[2]姚巨集,王大枚,雷丛林.浅圆仓五种机械通风方式比较试验[D].中国粮油学会第二届学术年会论文选集综合卷,2010.

[3]刘长生,刘玉山,李尚.高大平房仓机械通风对比试验报告[D].全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协学术年会论文集上,2010.

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利用CFD方法研究室内湿度和结露分布?

本文首先建立了在气流场,温度场之外,能够分析室内湿度分布,结露分布,计算结露量动态形成过程的CFD计算模型,并给出了自由水面热湿同时移动的计算新方法;通过与模型试验结果的比较,验证了计算模型的精确性;最后通过具体算例,发现通风方式对室内湿度分布和结露的形成影响很大,在室内湿度较大的场合,可以通过通风方式的优化设计更有效地解决除湿和结露问题。
关键词:CFD模拟 结露 湿度 通风
1.前言
湿度环境问题不同于其他室内污染问题,湿度过高或过低都将严重影响建筑物性能和居住者健康。湿度过低,人会产生干燥等不适感,引起墙体裂缝,木制板材变形,另外据北欧学者的研究,流感病菌在低湿度下生存率明显增加;而湿度过高,一方面造成墙体表面及内部结露,降低墙体断热和耐久性,影响建筑物寿命[1],另一方面,当湿度超过70%时,会带来霉菌(Fungi)的大量繁殖,引起过敏性皮炎,哮喘等疾病,影响居住者的身体健康[2-5]。我国地域辽阔,不同地区室内湿度环境呈现出不同的特点。因此,深入地研究室内湿度环境问题具有重要的意义。
随着计算机功能的飞速发展,CFD仿真技术在建筑环境领域,如室内温度场分布,换气效率,人体周边微环境等研究中日益得到应用。但是到目前为止,国内外利用CFD技术分析研究室内湿度分布规律的还很少[6,7],而以此研究室内结露的形成和发展的还没有。
2.考虑湿度和结露计算的CFD修正模型
本研究中采用标准k-ε紊流模型。但考虑到水蒸气含量较大时空气密度会出现变化,从而影响浮力的计算,依据近藤等提出的方法[8],对模型进行了修正,在浮力项中导入βx。修正的湿・结露CFD计算模型见表1。另外,本研究中还考虑了结露量的计算。由于结露的形成是一个动态的过程,提出了两个随时间变化的指标:至时间t,1)单位壁面积上的结露量CON(s,t);2)壁面总结露量SUMCON(t)。计算方法及其与CFD模型的结合见图1。
另外,建筑内的湿源,如浴室和厨房等,由于自由水面面积较大,水温一般高于周围空气温度较多,水蒸气分子在扩散过程中还同时伴随有热的交换。如果不考虑这种热湿的同时传递将会给室内温湿度分布和气流计算结果带来较大的误差。由于这方面的研究较少[9],我们通过试验发现自由水面的热湿传递量m和qm由以下公式确定,然后可以向上的热湿流束的形式作为内部边界条件代入CFD计算中:
图1 湿・结露CFD计算模型中的结露计算流程
模型的计算公式 表1 连续方程:
运动方程:
输送方程:
输送方程:
热输送方程:
水蒸气输送方程:
式中:
涡粘性系数等相关项:
(1)
(2)
式中 —室内换气次数,h-1;
—对应于水温的饱和蒸汽压力,kpa;
—周围空气的蒸汽分压力,kpa;
—水温,℃;
—周围空气温度,℃;
—水蒸气的蒸发潜热,kJ/kg;
—空气的定压比热,kJ/(kgK)。
—新提出的参数,它代表由水蒸气扩散引起的实际散热量与水蒸气全热交换时的最大散热量的比值。事实上,由于一部分水蒸气从水面蒸发的途中只进行了显热交换,没有发生相变,应是一个0-1之间的数值。利用简单的公式推导和试验拟合,它可以整理成下式。具体内容可参考文献[10]。
(3)
3.模型试验
为验证所建湿・结露CFD计算模型的正确性,在日本东京燃气公司技术研究所的人工气象室建立了模型小室,进行了模型试验,并比较了模拟结果与实验数据。
模型的概要见图2。模型小室由聚乙烯板制成,小室中通过地面上的加湿器和水的温控来调节和模拟各种加湿工况,加湿量由电子天平测量加湿器的重量变化求得。小室外壁上部和下部分别设开口,安装有小型轴流风机的通风短管可连接在开口上,可利用风机位置的变化来模拟不同的通风方式。小室内的风量由通风短管内安置的微风速仪测定。除了小室外部的温湿度外,在小室中心断面上布置了14个温湿度测定元件(THP-B4,日本神荣公司)进行温湿度分布的测定。
试验与模拟工况见表2。其中工况1为验证室内温湿度分布的稳态计算,工况2为验证结露形成与发展的动态计算。通风方式均为下送上排的机械排风方式。
试验工况 表2
工况编号
气象室条件
加湿器水温
(℃)
加湿量
(g/h)
通风量
(m3/h)
进风温度
温度(℃)湿度(%)114.347.044.627.517.014.3219.445.068.1101.37.925.2
图2 模型试验的概要与测点布置
4. 试验与计算结果的比较
4.1 温湿度分布的验证
图3给出了工况1的试验与CFD计算比较,其中试验数据为所有测点的测量值均达到稳定状态时的结果。模拟值中,qm=486W/m2为利用式2)和3)计算的实际水蒸气扩散散热量,(此时Fm约为0.52)。为了对比,我们又假设了水蒸气蒸发时都保持气相,没有发生相变化,扩散散热全部由显热交换构成的情况(qm=184W/m2)以及水蒸气蒸发时为全热交换的情况(q’=1026W/m2)。由图可知,水蒸气扩散散热量对室内温度分布影响很大,如采用qm=1026W/m2顶棚附近的温度比测定值高2度左右。某些研究[11]在计算浴室热湿负荷时,主张以全热交换来概算水蒸气扩散散热量势必造成很大的计算误差。相比之下,因为小室内湿度主要由水蒸气质量平衡决定,扩散散热值对小室内湿度的平均水平影响不大,但由于热流束的浮力效果不同,水面附近的气流方式导致湿度分布发生微妙的变化。综合地看,采用q’=486W/m2的计算结果,无论温湿度,与实测都最为吻合。
图4为测定断面上的流场,温湿度场的CFD模拟结果.由图可见,在此断面上从水面处形成的热湿羽流几乎没有受到小室内通风的影响,温湿度成层现象非常明显。
图3 实测与模拟的温湿度分布比较(工况1)
图4 CFD计算结果(左:气流场;中:温度场;右:湿度场)
4.2 结露形成与发展过程的验证
图5给出了工况2的试验与CFD计算结果的比较。试验和模拟时间均为30分钟左右。为了更好地形成表面结露并防止出现小室内空气湿度达到100%的情况,本试验工况进行时,进口处通过预加热装置对进风加热至25.2度。由图可见,实测和模拟都显示经过20分钟左右顶棚处的测点(P1-7和P2-7)湿度达到饱和,表明出现了结露。这说明虽然到目前为止结露问题还没有好的直接测定方法,通过比较小室内的温湿度动态分布,计算与模拟值随时间的变化规律基本一致,可以认为利用此计算模型来分析结露问题是可行的。
我们针对工况2,利用湿・结露CFD计算模型对结露进行了动态模拟,模拟时间为1小时。图6给出了4个时间点的结露分布。试验开始20分钟左右,结露首先在小室后上部角落出现,然后以较快的速度沿顶棚和侧壁发展,在45分钟以后结露面积基本达到稳定,但结露量继续增加。从结露量上看,小室后部两个侧壁和顶棚的结露量较多。这是因为前部侧壁和地面离进风口较近,热风使这些壁面温度升高的缘故。
图5 实测与模拟的温湿度动态变化比较(工况2)
图6 CFD模拟的结露分布随时间变化图
5.通风对结露的影响
通风是解决结露问题的重要手段之一,但是到目前为止很少有这方面的量化分析。我们利用CFD湿・结露计算模型通过3个算例针对不同的通风量和通风方式对结露的影响进行了初步的探讨。
算例1:即工况2;
算例2:通风量由7.9增至9.4m3/h,其他条件不变;
算例3:通风方式改为上送下排的机械排风方式,其他条件不变。
图7为算例2和3的结露分布模拟结果(t=60min)。与图6相比较,由于通风量增加,算例2的结露面积相应地减少,特别是侧壁靠下部的区域结露基本消失。算例3的通风量与算例1完全相同,但结露分布形状完全不同。因为变成上送下排的方式,抑制了水面附近的浮力效果造成的水蒸气上升现象,顶棚与侧壁上部的结露减少。图8给出了三个算例的各壁面及总的结露量的计算结果(t=60min)。由图可知,算例2和算例3的总结露量分别只有算例1的26%和20%。
图7 不同通风量与通风方式对结露分布的影响(左:算例2;右:算例3)图8 不同通风量与通风方式下结露量的变化
6.结论
为利用CFD技术研究室内的湿度分布与结露问题,本研究开发了湿・结露CFD计算模型,通过对模型的验证和算例计算,可得以下结论:
1) 无论是不考虑结露,只考虑湿度分布的稳态计算,还是考虑结露量的非稳态计算,CFD模型的计算结果都与试验结果较为吻合。这说明可以利用此模型进行室内湿度场和结露的详细分析。特别是结露问题,在到目前为止还没有有效的测定方法的情况下,CFD的应用提供了非常重要的研究手段;
2) 本研究中还涉及到热湿同时传递问题,给出了新的计算方法并应用于CFD的计算。
3) 即使是同样的风量,不同的通风方式对室内湿度分布和整体的湿度水平影响很大,在室内湿度较大的场合,可以通过通风方式的优化设计更有效地解决除湿和结露问题;
7.参考文献
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洁净技术的发展历程

一切技术的产生与发展,都是出于生产的需要,洁净室技术也不例外。在第二次世界大战期间,美国生产的飞机导航用气浮陀罗仪,由于质量不稳定,每10个陀罗仪平均要返工120次。50年代初朝鲜半岛战争期间,美国的16万台电子通讯设备,更换了百万个以上的电子部件,雷达出故障的时间占84%,潜水艇声纳出故障的时间占48%。原因都是电子器件、零部件的可靠性差,质量不稳定。军方与厂商究其原因,最终从多方面判定与生产环境不清洁有关。尽管当时曾不惜工本,采取了种种严密措施来封闭生产车间,但收效甚微。直到50年代初,将美国原子能委员会为解决对人体有害的放射性尘埃的捕集问题,于1951年研制成功的高效空气过滤器(HEPA—High Efficiency Particulate AirFilter)应用于生产车间的送风过滤,才真正诞生了具有现代意义的洁净室。1961年美国桑第阿国家实验室(Sandia National Laboratories)的高级研究人员怀特菲尔特(Willis Whitfield)提出了当时称之为层流(laminar flow),现正名为单向流(unidirectional flow)的洁净空气流组织方案,并应用于实际工程。从此洁净室达到了前所未有的更高洁净级别。同年美国空军制定颁发了世界上第一个洁净室标准TO—00—25——203空军指令“洁净室与洁净工作台的设计与运转特性标准”。在此基础上,1963年12月公布了将洁净室划分为三个级别的美国联邦标准FED—STD—209。至此形成了完善的洁净室技术的雏形。以上的这三个关键的进步,常被誉为现代洁净室发展历史上的三个里程碑。上世纪六二年代中期,洁净室在美国如雨后春笋涌现在各种工业部门。它不仅用于军事工业,也在电子、光学、微型轴承、微型电机、感光胶片、超纯化学试剂等工业部门得到推广,对当时科学技术和工业发展起了很大的促进作用。七十年代初洁净室的建设重点开始转向医疗、制药、食品及生化等行业。除美国而外,其它工业先进国家,日本、德国、英国、法国、瑞士、前苏联、荷兰等也都十分重视并先后大力发展了洁净技术。六十年代初是中国洁净技术发展的起步阶段,大致比国外晚了十年。在中国,那是一个非常特殊的困难年代,一方面刚度过三年自然灾害,经济基础薄弱,另一方面与世界科技先进国家没有直接交往,得不到必要的科技数据、信息和样品。在这种艰难条件下,围绕精密机械、航空仪表和电子工业的需要,中国的洁净技术工作者开始了自己的创业历程。洁净技术在中国发展的历程划分为如下几个阶段:起步和奠基阶段六十年代初至七十年代末,这十多年是中国洁净技术的起步和奠基阶段。1965年,由中国建筑科学研究院空气调节研究所和蚌埠绝缘材料厂等单位研制完成带波纹隔板的高效空气过滤器通过鉴定,标志了我国洁净技术开始正式起步。当时所用滤纸有两种材质,一种是蓝石棉纤维滤纸的GS系列高效空气过滤器,但因生产过程对人体健康不利很快被淘汰;另一种是超细玻璃纤维滤纸的GB系列高效空气过滤器,一直沿用至今。经国内多次与国外同类产品对比测试,以及美国明尼苏达大学气溶胶研究所对中国高效过滤器滤纸所作测试的结果,都证明国产高效空气过滤器的主要技术指标,达到同期国际标准。值得提及的是,尽管日本自50年代末已着手与美国合作在日本制造高效空气过滤器,洁净技术起步较早,但技术与滤纸来自美国,直到1969年日本的HEPA过滤器才完全国化。与此同时,先后于1963年研制成功滤料钠焰试验台,1964年建成了高效过滤器的钠焰试验台,这时高效空气过滤器的正常生产和质量提高了保证作用。中国医学科学院卫生研究所、清华大学核能所等单位,为此付出了艰辛的工作。如果把高效空气过滤器比喻为洁净技术的“心脏”,那么检测技术及仪器则是洁净技术的眼睛,靠它来鉴别与把关。六十年代中期,中国医学科学院卫生研究所、哈尔滨建工学院、丹东仪表研究所、中科院安徽光机所、建研院空调所等单位先后投入力量研制光散射粒子计数器。1973年,建研院历时三年研制成功了中国第一台型号为J—73型的尘埃粒子计数器,以及标定粒子计数器用的标准粒子——单分散聚苯乙烯胶乳标准粒子(PSL),其平均粒径从0.177~1.460μm,共九种,标准差很小,均方根差变系数σ/χ<5%。J—73型共设有15个粒径档,测量范围是0.3~10μm,采样流量为300ml/min。这两项成果于1974年通过国家鉴定并认为已达到或接近当时的世界水平。尘埃粒子计数器的推广应用,推动了中国洁净技术的科研、设计和净化设备生产,沿着自立、自强的道路向前进步。同时,一些电子技术、精密机械和国防工业相关的设计院,也在探索、研究洁净室的工程设计。1965年建成的沈阳119厂和石家庄13所就是由三机部四院(现航空工业部第四设计院)和四机部第二设计院(现中国电子工程设计院)分别参照原苏联的妆化等级设计建设的。中国科学院设计院1966年选用国产GB系列高效空气过滤器设计了中国科学院面积为760平方米的精密机械装配车间,1970年投入生产。后经测定,在静态条件下,室内换气次数为20AC/h时,室内洁净度达到当时美国联邦标准209A的10000级。1973年初,四机部第十设计院和第十一设计院,分别着手进行了878厂和4433厂的洁净车间设计,两个工厂的洁净室级别包括从FED—STD—209A的100,000级至100级,采用的气流流型有垂直单向流、水平单向流和乱流等。在这个阶段内,与洁净室配套的净化设备陆续试制成功,一些原来生产无线电、半导体专用设备的、生产医疗器械的工厂转向净化设备的生产,在国内形成了初步的洁净室设备生产规模与布局。这些工厂当时主要分布在北京、天津、苏州、上海和重庆。从设计制造多种型式的洁净工作台(clean bench)开始,随后陆续设计制造了吹淋室、气闸室、物料传递窗、余压阀等相关设备。为了适应六十年代末、七十年代初,一些研究机构对小型洁净工作环境的需求,以及一些旧厂房进行小规模洁净室改造的需要,建研院空调所、六机部九院(现船舶工业总公司第九设计院)、三机部四院、天津医疗器械厂天津医药净化设备厂前身)等单位,研制成功了装配式垂直单向流、水平单向流洁净室。这种由净化设备厂生产的装配式洁净室,特别在利用原有建筑物进行技术改造,所需净化面积又比较小的场合,发挥了设计、施工快捷,技术性能稳定的特点,1974年在天津通过了国家鉴定。1974年以来,建研院空调所、四机部十院等单位分别建立了洁净技术试验室,开展了一些基础研究。如建研院空调所在该所试验室中进行了乱流洁净室均匀分布与不均匀分布计算的研究,全顶棚送风两侧下回风洁净室气流特性的研究等;四机部第十设计研究院在该院的洁净试验室中进行了乱流洁净室的试验研究,高效过滤器送风口的气流分布研究,人体发尘量研究等多项课题。与此同时,一些研究单位及设计院,如七机部七院(航天工业部七院)、建研院空调所、四机部十院、十一院、二机部二院(核工业部二院)、六机部九院等,和一些大专院校如天津大学、同济大学、河北工学院组成了配合国家大规模集成电路攻关的洁净室技术研究协作组,为规范与提高中国的洁净技术水平,进行了一系列的测试与调研工作。如在北京、西安、上海等地进行了不同环境室外大气含尘浓度的长期临测与统计分析,在全国各地对已建洁净室进行了测试,并着手对洁净室设计、施工、运行及设备生产方面的经验进行总结。国外同期洁净技术发展概况大致如下:六十年代中,美国的电子、精密机械等工厂的洁净室如雨后春笋,对当时科学技术和工业发展起了很大的促进作用,同时开始了将工业洁净室技术(ICR—Industrial Cleanroom)移植到生物洁净室(BCR—Biological Cleanroom)的历程。七十年代初洁净室的建设热潮转向医疗、制药、食品及生化等行业。1966年在美国新墨西哥州建成了世界上第一个垂直单向流的生物洁净技术室(BCOR—Biological Clean Operating Room)。同年,当时的美国污染控制协会AACC(American Association ofContamination Control,后并入IEST—Institute of Environmental Science and Technology),发表了“层流手术室的设计与建造”、“层流洁净空气在外科领域的应用”等指导性文件。同年还在美国明尼苏达大学建成了世界上第一个水平层流的无菌室。1967年在美国德州的M.D.安德逊病院建成了世界上最早的生物洁净白血病室。在英国,著名的整形外科专家恰利(ey),也于1966年建起了称之为洁净房(clean house)型式的生物洁净手术室。1969年在奥地利的里茨建成了欧洲第一个层流病房,随后在瑞士、德国先后建成用于医疗的生物洁净室。在日本发展得更快,1965年日本国立公众卫生院建成了采用高效过滤器的生物洁净室(BCR)用于无菌动物(SPF)的饲育室。1970年在爱知县职工病院建成了装配式垂直层流白血病房。1972年建成了国立大阪医院垂直层流流型无菌手术室。至1977年底,病院的生物洁净室已达131个。为确保药品的安全性、有效性,1964年美国食品药品管理局(FDA)开始在美国实施“医药品的制造和质量管理规范”,简称GMP(Good Manufacturing Practice)。1969年世界卫生组织(WH0)颁布了GMP,规定了为保证药品无菌生产,对生产环境和用水质量的要求。生物洁净室技术在美、日、西欧等工业国家的制药工业得到了广泛应用。美国FDA于1969年颁布了“食品制造标准”,即食品的GMP,要求在制造和包装过程中严格控制微生物和温湿度,以防止食品变质。食品无菌装罐的洁净室,当时在欧美迅速得到推广。以美国为例,1971年无菌装罐食品总量为25.4亿吨,1980年增长为132.7亿吨,其中肉制品增长幅度近19倍。在食品酿造、发酵工业对纯种的培养、接种、扩种等工艺也都采用了洁净室技术。以占有七成左右洁净室市场的电子与半导体工业而言,七十年代被称为大规模集成电路(LSI)时代,而八十年代则被称为超大规模集成电路(VLSI)时代。集成电路的集成度从1970年以来,差不多以每隔2~3年增长4倍速率飞速发展。七十年代末,64K位RAM作为进入超大规模集成电路阶段的标志性产品研制过程中,注意到其典型线宽为3μm,需控制的最小粒径为0.3~0.8μm。也就是说,以0.3μm效率为标准的HEPA过滤器不能适应电子技术的进一步发展。美国、日本相继研制与制造了对0.1μm尘粒计数过滤效率达99.99~99.995%的超高效空气过滤器——ULPA(Ultra low penetration air)过滤器(亦可译为“极低穿透率空气过滤器”)。成熟与发展阶段七十年代末至八十年代末,这十年间,中国的洁净技术经历了一段阳光灿烂的发展阶段。在中国洁净技术发展历程中,许多标志性的重要成果,几乎都诞生在这个阶段。1、标准、规范制定与国际交往方面:1979年1月出版了以建研院空调所为首的设计、研究和大专院校等单位对建成的工业洁净室的测试和总结经验的基础上编制的“空气洁净技术措施”,起到了规范与推动当时中国洁净室技术的重要作用,为日后国家标准的制定奠定了基础。1984年12月颁发了以电子部第十设计院会同有关单位共同编制的GBJ73-84国家标准“洁净厂房设计规范”,其中,关于洁净度分级标准等同采用了当时国际上大多数国家认同的美国联邦标准209B,摒弃了此前在中国国内曾在不同范围内使用过的多个借鉴国际标准而自定的洁净室分级标准,为中国洁净室技术与国际接轨向前迈进了一步。随后,结合中国国情,参考国际标准先后制定了GB6166-85高效滤料性能实验方法、穿透率和阻力,GB6167-85尘埃粒子计数器性能试验方法,GB6168-85层流洁净工作台检验标准等多个标准,对统一与规范试验、测定方法,增强科学性起了很大作用。值得一提的是1988年11月定稿的国家标准GB12218-89“一般通风用空气过滤器性能试验方法”中规定采用大气尘的限径计数效率法来测定粗、中、高中效空气过滤器的效率,这是以天津大学为代表的国内各研究单位多年实践的经验总结,在世界上率先采用此方法。1993年欧洲通风协会(ASHRAE)先后放弃了原有的大气尘比色效率法(NBS、AFI、ASHRAE)的计重效率法,同时颁布采用大气尘或标准尘的计径计数法。特别是1982年6月成立了中国电子学会洁净技术分会(对外的名称是“中国污染控制协会”CCCS—Chinese Contamination Control Society),并创办了“洁净技术”杂志(现名为“洁净与空调技术”—Contamination Control & Air-conditioning Technology),于1983年正式发刊,在整合国内洁净室技术的各方面力量,推动洁净室技术进步以及在国际交流方面起了很大促进作用。1986年中国洁净技术学会成国国际污染控制学会联盟ICCCS(International Confederation of Contamination Control Society)的成员。当时的成员国仅有美(IEST)、英(SEE)、法(ASPES)、德(DIN/VDI)、日(JACA)、意(ASCCA)、瑞士(SRRT)及北欧四国(R3-Nodic)等。(现增加至18个成员国,有澳—ACCS、俄—ASEMCO、比—BCW、韩—KACA、罗马尼亚—RACC、巴西—SBCC、荷—VCCN、苏格兰—SZCZ)。1998年第九届ICCCS洛杉矶会议、1990年第十届ICCCS苏黎世会议,笔者代表中国应约出任了大会执行主席。2、生物洁净室技术方面:生物洁净室技术在中国的起步,较国外晚了十多年。七十年代末,一些制药厂对原有空调系统进行了改造,开始采用高效空气过滤器作为空调送风系统的末端,以代替原有的过滤器或甘油纱布罩等。上海医药工业设计院、哈尔滨建工学院及有关制药厂等单位在此时期先后在上海第四、第七制药厂、镇江制药厂采用了生物洁净室技术。1982年中国制药工业公司依据国情与国外经验制定了“药品生产管理规范”(试行稿),其中空气洁净度级别参考美国联邦标准209A,将生产环境分为大于100,000级及100,000级的控制区和10,000级及局部100级的洁净区。至1985年底又汇编了“药品生产管理规范实施指南”,连同经过部分修改后的“规范”一并正式颁布,为推动制药工业的现代化奠定了基础。1988年卫生部颁发了“药品生产质量管理规范”,其精神与前述规范一致,为在制药行业推行GMP认证准备了条件。在此阶段生物洁净室在医疗方面陆续得到推广应用。1980年由哈尔滨建工学院与鸡西无专共同研制的简易型水平层流空调净化机组用于黑龙江医院;由六机部九院与上海金山电子设备厂合作完成的装配式无菌病室用于上海新华医院细胞研究室、苏州医学院。八十年代中,总后营房部设计院、天津大学等设计建成了有各种气流型式、相当于美国宇航局标准NASA-5340Ⅱ的百级至万级的十多间土建式无菌手术室的301医院康复中心手术楼。天津大学、天津净化设备厂设计建成了中国医学科学研究院血研所多间百级组装式无菌病室。八十年代初、军事医学科学院、建研院空调所、蚌埠净化设备厂等单位研制完成了Ⅱ-A级(相当于P3级)生物安全柜(Biohazard work station)的研制;哈尔滨建工学院等单位完成了松江罐头厂的甜炬乳、西红柿酱和培根的无菌装罐室,开创了生物安全和食品加工生物技术在中国的应用。在1985年前后,军事医学研究院研制的JWL针孔式浮游细菌采样器和上海整新电子设备厂、同济大学合作研制的SS缝隙式空气浮游细菌采样器通过鉴定,为生物洁净室技术的某些研究工作提供了手段。3、基础与技术研究方面:在七十年代末至八十年代末这10年中,在洁净室的基础和技术研究方面也取得了众多成绩,如:提出了中国大气尘的统计规律、湿度对大气尘浓度的作用、“W”型大气尘浓度日分布模型,为确定室外设计浓度提供了依据;提出了带空气幕层流罩的隔离效果、设计原理与计算方法;提出了乱流洁净室的均匀分布理论计算公式、经验计算公式,以及自净时间、污染时间的计算式;提出了单向流洁净室下侧回风方式的最大室宽、计算模型以及下限风速的概念及数据;提出了高效空气过滤器封导结合的双环密封原理和方案,倒置式液槽密封方案;进行了人体发菌量的测试与分析;建立了滤材、滤器的细菌过滤效率测试台,得到了对大气尘菌源的滤菌效率与计数、计重效率的相关关系。中国建筑科学研究院、四机部十院、十一院等科研院所、设计院、天津大学、清华大学、同济大学、哈尔滨建筑工程学院、河北工学院等院校对此做了较多的工作。4、在产品研制与开发方面:1979年至1981年,天津大学、天津美纶纤维厂等单位通过对多种材质(涤纶、丙纶、维纶、棉、毛、超细玻纤……)、多种工艺针刺、喷胶、热熔、熔喷、热压、罗拉)的几百个品种、规格滤料系列研究,筛选并设计定型了TL—Z、TL—C系列具有线径梯度、密度梯度和材质、工艺复合型的无织布滤材,部分替代了当时美、法、日等国引进的从粗效至亚高效过滤材料,为国家节约了大批外汇。1981年,由四机部十一院、河北工学院、天津第二无线电专用设备厂研制成功WGP—01型无隔板高效空气过滤器(mini pleat HEPA filter),填补了国内产品空白。1985年,四机部十一院、四川造纸工业研究所、重庆无线电专用设备厂共同完成了CGB型高效空气过滤器的研制,该过滤器对0.1μm尘粒的计数效率为99.99~99.995%,阻力为245~270Pa,经鉴定认为其主要技术指标达到当时日本生产的ULPA高效空气过滤器同类产品的技术水平。1987年1月,天津医药净化设备厂和建研院空调所研制的、采用国外ULPA过滤器(日本忍足株式会社产品)的0.1μm10级洁净室通过鉴定。1988年5月机电部第十一设计院和重庆无线电专用设备厂采用国产0.1μm高效空气过滤器的0.1μm10级洁净室通过鉴定,其主要指标达到八十年代国外的技术水平。同期,国外洁净室技术持续、稳定发展与进步。1982年每芯片上约有5~6万个器件的16K位随机存储器(RAM)已成畅销品。1984年256K位RAM已进入实用阶段。同年初日本宣布每芯片设置有约200万个器件的一兆位DRAM(Dynamic Random Access Memory—动态随机存取存储器)试制成功。1985年美国研制完成4兆位的集成电路。至八十年代末4M位的DRAM已商品化。各种降低能耗,配合工艺过程自动化与高洁净度要求的洁净室气流组织方案及技术在此阶段也陆续诞生,如隧道式洁净室(tunnel type cleanroom)、洁净管道(duct type cleanroom)以及SMIF(standard mechanical interface—标准机械接口)技术等。从八十年代中期以来,以于微电子行业来说,1976年4月24日所颁发的美国联邦标准209B所规定的最高洁净级别—100级(≥0.5μm,≯100pc./)已不能满足需要,1M位的DRAM的线宽仅为1μm,要求环境级别为10级(0.5μm)。事实上,从七十年代末,配合微电子技术的发展,更高级别的洁净室. 已在美、日陆续建成,相应的检测仪器—激光粒子计数器、凝聚核粒子计数器(CNC)—也应运而生。总结这个时期的经验和适应技术进步的需要,于是1987年10月27日颁发美国联邦标准209C,将洁净等级从原有的100至100,000四个等级扩展为1至100,000六个级别,并将鉴别级别界限的粒径从0.5μm~5μm扩展至0.1μm~5μm.与国际接轨走向规范化九十年代初至今,在电子技术持续飞速发展的推动下,洁净技术不断前进,下表给出了国际上大规模集成电路的工艺及国内的代表产品的发展进程。1992年9月11日颁布的美国联邦标准FED—STD—209E更进一步取代1988年6月15日颁布的FED—STD—209D,将洁净等级从英制改为米制,洁净度等级分为M1至M7七个级别。与209D相比,最高级别又向上延伸了半个级别(209D的1级空气中≥0.5μm尘粒≯35.3pc./m3,而209E的M1级≥0.5μm尘粒≯10pc./m3)。三十多年来,美国联邦标准209,一直是世界各国洁净技术行业公认的标准。美国总服务局(GSA—l Services Administration),也就是批准美国联邦标准供联邦政府各机构使用的权威单位,于2001年11月29日发布公告,废止FED—STD—209E,等同采用ISO—14644相关标准。这个决定标志着洁净技术随同世界经济一体化进一步走向国际大同。九十年代初至今,中国经济始终保持稳定的高速增长,国际投资持续注入,一批跨国集团在中国陆续兴建了众多的微电子工厂。因此国内技术与研究人员有更多机会直接接触国外高级别洁净室的设计理今,了解世界的先进设备和装置、管理与维护等等。从这方面来看,的确从各个角度与国际日益接轨。中国也投入了大批财力发展微电子技术。在这阶段中先后建成了首钢日电公司、华晶电子集团公司、上海华虹NEC电子公司、绍兴华越微电子公司、以及天津MOTOROLA公司、上海贝岭微电子公司等,但总起来说微电子技术与世界先进生产水平特别是研发水平上仍有相当大的差距。九十年代初以来,洁净技术在制药工厂贯彻实施GMP法过程中得到了普及,全国几千家制药厂以及生产药用原材料、包装材料等非药企业,陆续进行了技术改造。其规模之大、范围之宽都是空前的。1992年中国制药工业公司、中国化学制药工业协会对1985年颁发的“药品生产管理规范(GMP)实施指南”进行了修订,颁发了新的实施指南。随后在1998年颁发了理一步与国际接轨的、由国家药品监督局组织修订的“药品生产质量管理规范”,即中国1998GMP(1999年8月1日起实施),为加大GMP的推行力度、在制药全行业实施认证体制进一步奠定了基础。九十年代初以来,医院无菌手术室的建设受到各方面的关注,陆续在各大城市建起了上千间十万级至百级不同级别的生物洁净手术室、生物洁净病室及实验动物房。概括这十年来国内洁净技术行业的历程,依笔者个人的看法是喜忧参半。值得欣慰的是,洁净室技术行业在许多方面日益与国际接轨,反映在相关规范的内容、洁净室设计思路与方案、施工技术与管理、检测手段与技术等等方面。如反映在中国的国家标准修定中,2001年11月13日发布的GB50073-2001国家标准“洁净厂房设计规范”(Code for Design of Clean Room),在空气洁净度等级划分上,明确等效采用国际标准ISO14611-1,就是一个很好的例证。依靠制药工业与普通电子装配业,以及医疗卫生、食品、化妆品业的带动,洁净室技术得到极大的普及。但这些行业基本上都是ISO5或中国标准N5(相当于原联邦标准FED—STD—209E的100级)及以下级别的洁净室,所采用的主要设备器材如高效及各级过滤器、吹淋室、净化工作台,空调制冷机组以及金属壁板、地面复合材料等,基本上都是国内生产制造的。因此从七十年代屈指可数的、主要集中在京津地区、上海地区的十几家;八十年代末的百余家洁净室设备生产厂、施工安装单位,发展到现在几乎遍布全国各省市的上千家洁净室相关设备、器材生产制造厂、施工安装单位,和一批积累了相当丰富经验的设计单位、调试检测单位。全国处于运行状态的各种级别的洁净室面积,据不完全统计和测算,从八十年代初10多万平方米猛增到200多万平方米。某些微电子厂生产车间的洁净级别达到了0.1微米1级的高水平。在洁净空气流流型理论计算与试验研究方面,哈尔滨建工学院、天津大学、建研院空调所等单位,采用数值仿真方法,利用CFD(computational fluid dynamics)与试验验证相结合的方法,开展了矢流流型、普通洁净室高效过滤器风口布置方案与洁净效果等方面的研究,并参加了历届ICCCS国际学术交流会,在国际上发表了一批研究论文。天津大学等单位参加了MOTOROLA、SAE、KODA、CTS不同洁净级别的、由国外设计、采用国外设备器材、施工管理技术建造的洁净室的系统调试与检测、验收。较深入地理解、掌握了国外微电子高级别洁净室、制药工业洁净室的设计要点、技术关键,以及调试验收技术及相应规范,与美国FDA、NEBB、IEST,日本的JACA等建立了广泛的联系。特别值得提出的是,在新一届中国电子学会洁净技术分会领导的积极努力下,中国申办第18届国际污染控制学术会议(2006年)获得成功,这是自1972年ICCCS创建以来首次在华举办这样的盛会,将对中国的洁净技术进步起到重要推动作用。

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