摘　要:采用高雷諾數K-ε二方程模型, 在保證Ⅰ 級潔凈手術室工作區潔凈度、送風速度的前提下, 對Ⅰ 級潔凈手術室中回風口大小對其亂流度的影響進行了數值模擬, 得出了可用回風口大小的范圍, 為Ⅰ 級潔凈手術室的設計提供了依據。

引言

對于一個成功的潔凈層流手術室, 既要保證工作區的潔凈度、工作區內速度大小, 又要保證工作區內速度的均勻度, 即:亂流度。下面從保證工作區內亂流度角度出發, 對Ⅰ 級潔凈手術室中回風口大小進行了研究, 以便在實際工程中能夠得到應用。

1　計算的物理模型和數學模型

對物理模型作了如下假設:

1)手術室內無內熱源, 外壁絕熱;2)送風氣體為不可壓氣體、穩態流動;3)污染源散發的粒子無質量。

其數學模型為:

1)連續性方程:

2)動量方程:

3)紊流脈動動能方程:

4)紊流能量耗散率方程:

5)濃度方程:

式中:ui ——— 速度矢量, m/s ;

P ——— 壓力, Pa ;

vt ——— 紊流粘性系數, m2/s, 

v ——— 運動粘性系數, m2/s ;

C——— 空氣含塵濃度, 粒/m3 ;

Q ——— 污染物發生率, 粒/(m3?s)。

各系數取值如下:

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

2　算例設計

手術室布置圖如圖1 所示, 亂流度計算點如圖2 所示。

3　結果分析

亂流度是表明Ⅰ 級潔凈手術室的一項重要指標, 其基本作用是為了說明速度場的離散程度, 用于不同速度場的比較。其基本表達式如下:

式中:vpj ——— 工作區內速度的平均值, m/s , ;

vi ——— 工作區內各節點的速度值, m/s ;

β ——— 亂流度;

K ——— 工作區內節點總數。

工作區各點亂流度計算結果如表1 所示。

　  為了分析方便, 將表1 擬合成曲線, 如圖3、圖4 所示。

對于Ⅰ 級潔凈手術室而言, 亂流度不宜大于0 .25。由圖3 、圖4 可以看出:當回風口的高度分別為200 mm 、250 mm 時, 隨著回風口長度的增加, Ⅰ 級潔凈手術室工作區的亂流度先減小后增大, 由此可以說明, 在Ⅰ 級潔凈手術室中, 回風口過長或者過短都會對亂流度產生影響。由圖3 可以看出, 當亂流度小于0.25 時,回風口的長度范圍為2 448 mm ～ 2 750 mm ;由圖4 可以看出, 當亂流度小于0.25 時, 回風口的長度范圍為2 452 mm ～ 2 746 mm 。由此數據可以看出:當回風口高度增加時, 會使工作區的亂流度或多或少有所增加。因此, 在設計回風口時, 盡可能要減小回風口的高度。另外, 在Ⅰ 級潔凈手術室中, 回風口高度為200 mm 、250 mm 時, 回風口的面積能夠滿足風量的要求, 因此設計回風口時, 盡量使回風口的長度保持在2 448 mm ～ 2 746 mm 范圍以內。

4　結語

Ⅰ 級潔凈手術室空調設計時, 盡可能減小回風口的高度, 并且使回風口的長度保持在2 448 mm ～ 2 746 mm 范圍以內。