潔凈室單向流介紹
1、簡述
在潔凈技術中，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，按質點的速度是否隨時間變化分為穩定流動和非穩定流動。
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。
空調系統運行穩定一般屬恒定流動。潔凈室中的氣流流動除天棚滿布、高效過濾器送風棗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。
在穩定流動中，按Re數判斷可分為層流和紊流。
潔凈室中，由于斷面積大，既或在穩定流動中也不屬于層流。只有在潔凈管道中可能形成層流。
潔凈室的流態分類（以下均以美國FS209為例）*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"；
FS209D（1989年6月15日發布）："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的氣流"；
FS209E（1992年9月11日發布）："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，其不均勻度在±20%以內。"
這就是說對單向流的描述中刪去了速度約0.457m/s的規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值限制。雖然FS209E已被廢止，但國際標準和我國<潔凈廠房設計規范>GB50073-2001，有關單向流的描述，仍沿用FS209E的提法。
我們知道，*佳的氣流組織就是使塵粒沿著流線（跡線）以*短的路徑排走。所以單向流是*佳流型。
2、單向流三要素分析
以下筆者根據理論分析和潔凈技術的實踐具體剖析單向流三要素。
2.1 氣流速度
FS209B規定的氣流速度保持在0.457m/s的規定顯然偏大，目前各國的規定均未規定這么高的氣流速度。潔凈技術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。
氣流速度的選擇應該使整個氣流均勻流動不發生滯留區。不發生滯留區氣流速度必須大于0.08m/s[1]。因此換氣次數n應滿足：
式中：L.通風量，m/h；
H.房間體積，m3；
F.房間橫斷面積，m2；
H.房間高度，m；
V.流速，m/s。
一般潔凈室層高H=2.5∽3.5m當υ≥0.08m/s時，則n≈100次/時，這就是潔凈出現單向流狀態必須滿足的*小換氣次數。
氣流速度應能抵抗人員活動、熱浮升的干擾，在水平單向流中還應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生一個初速度，這些速度下物體會發生運動。當外力消失后，該物體就獲及的瞬時速度ω（2）
ω= ω0 朅t（2）
式中：ω0.物體獲及的初速度，m/s；
t.時間，s；
A.系數，1/s。
式中：dc.物體直徑，m；
Pc.物體密度，Kg/m3；
μ.空氣粘度，Pa.S。
理論上講t→∞時，ω→0。
以dc =1μm，Pc=600Kg/m3，（A=55×10-4），ω0=5m/s（對1μm塵粒這已是很難達到的），t=0.36×10-4s，速度ω已下降為0.25m/s，也就是說速度即該接近零。
此時粒子所運動的距離S：
t→∞時，S→Smsx，則
可見機械力（人員的活動）基本不影響塵粒的轉移，外力消失后，塵粒會繼續沿流線流動。
下面分析粒子隨氣流的運動。粒子能否隨氣流移動取決于塵粒的懸浮速度的大小。
塵粒的懸浮速度ω:
式中：g.重力加速度，m/s2；
ρ.空氣密度，Kg/m3；
其它同式（2）
dc=1μm，ρc=600Kg/m3的塵粒，ω=1.78×10-5m/s。
可見塵粒的懸浮速度甚微，只要有微弱氣流就可以將其帶走。
一般成年人的發熱量為0.1Kw，在靜止的空氣中在人體頭部上方可產生0.2m/s的上升氣流[3]。所以垂直單向流的風速要克服此熱浮升的速度。
綜上，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，見圖1。我們分析一下重力沉降對塵粒運動的影響。
假設水平單向流潔凈室長為L，高為H。塵粒的沉降速度為ω，氣流速度為υ。欲使塵粒在流過潔凈室過程不沉降在地面上，則有： (5)
仍以1μm粒子為例（條件同式2），則ω=1.78×10-5m/s，假定水平單向流空氣流速仍取υ≥0.25m/s，若L=6m，那么塵粒由入口至出口，下沉的距離h為：
可見粒子沉降的距離很小，不會太脫離原流線。
由上而分析，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。
以上分析的是氣流按等溫送風計算，如果室內有強熱源，則另當別論，需采取其它措施。
2.2 氣流速度的不均勻度
潔凈技術發展初期，對氣流的不均勻度要求很嚴格。
美國FS209B規定：不均勻度在±20%以內。此規定沒有說明以那個速度為基準值，是設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。
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現這一要求基本達不到。
我們知道，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。
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，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。