Renrum

Casestudie - Simulering af renrumsventilation 

Dette casestudie viser, hvordan Aerotak™ kan simulere og bestemme strømningsfeltet i et renrum og i den forbindelse bestemme recirkulationshastigheden og opholdstiden af luften

Formål

Formålet med simulering er at opnå en præcis forudsigelse og visualisering af de områder med længst opholdstid og mindst udskiftning af luft i renrummet. Der stilles som krav til ventilationssystemet at det skal kunne udskifte al luft i renrumet inden for 1000 sekunder.

Simulerings setup

For at bestemme strømningen af luft i renrummet, opstilles et fuldskala domæne bestående af tre separate rum med en lofthøjde på 2.5 meter. Forenklet inventar i form af døre, skabe, borde, og aftræk er tilføjet til renrummet. Det simplificerede renrum er vist i højre side af Figur 1. Hvert loftaftræk (markeret med rød) tildeles et volumestrøm på 400 kubikmeter luft i time, tilsvarende en teoretisk nominel luftudskiftningsrate på 17 gange i timen. For at simulere den egentlige opførsel luften gennem aftrækkene tilføjes en vis mængde rotation til indflowet af luft.

En k-omega SST turbulensmodel benyttes til simulere mixingen af frisk og gammel luft. Under antagelse af steady-state forhold og et mesh på 2.9 millioner celler opnås et fuldt udviklet flow til videre databehandling og analyse på nogle få timers simuleringstid.

Figure 1

Figure 1

Resultater

Resultaterne af simuleringen er præsenteret nedenfor. For at kunne bestemme og undersøge områder med begrænset udskiftning af luften, spores en passiv skalar samt masseløse partikler med strømningen fra loftaftrækkene til udløbene langs gulvet. Hastigheder på op til 2.3 m/s observeres nær aftrækkene som indikeret på Figur 2, hvor hastighedsfeltet er visualiseret med en linje integrerings og matematisk foldningsteknik.

Koncentrationen af den passive skalar er visualiseret i animation 1 med en isooverflade af en passiv skalarværdi på 0.95. Områder af renrummet, der ikke er omsluttet af den farvede isooverflade indeholder mere end 95% ren luft, mens områder markeret med blot indeholder 0% ren luft.

Figur 4 viser resterne af isooverfladen efter 1000 sekunders ventilation. På trods af en sikkerhedsfaktor på 4.5 i bestemmelse af volumestrømmen af frisk luft gennem luftaftrækkene kan ventilationssystemet ikke leve op til det opstillede krav. Således skal ventilationssystemet skaleres op, eller dets layout i renrummet forbedres for at leve op til kravet, forbedringer, der mulige med den unikke information som CFD simuleringen giver.

Figure 2

Figure 2

Figure 3

Figure 3

Figure 4

Figure 4

Sporing af masseløse partikler er et vigtigt værktøj i forbindelse med bestemmelsen af komplekse strømningsforhold i steady-state simuleringer som denne. Visualiseringen nedenfor viser, hvordan den friske luft cirkuleres rundt i det næststørste rum. Partiklerne farve afhænger af deres opholdstid.

Animation 1: Simulering af luftens opholdstid i renrummet. Opholdstiden visualiseres med en ISO overflade.

Animation 2: Visualisering af partikelbaner i indgangssektionen til renrummet.

Ventilationen af luft i et renrum med inventar er simuleret af Aerotak™ til bestemmelse af komplekse strømningsforhold og områder med begrænset udskiftning af luft. Simulerings opsætningen of teknikken kan anvendes til alt lige fra at forbedre effektiviteten af ventilationssystemet i et renrum til at evaluere den termiske komfort for fodgængere i det urbane miljø. Den lave omkostning forbundet med at udføre simuleringen gør det muligt for CFD værktøjet at benyttes i både tidlige og sene stadier af designfasen for eksempelvis at sikre kvaliteten og robustheden af et renrums drift.