在确定充满许多奇异形状物体和活动人员的实际洁净室内的气流模型时,气流可视化方法是更直观的,基本上是更有说服力的可选方法。 有几种方法可使实际洁净室中的气流轨迹可视: ● 悬浮氦气泡; ● 烟雾生成器/喷烟机; ● 充氦气并利于悬浮的氦气球群; ● 3-D超音速风速计。
悬浮氦气泡 这项技术使用一台SAI气泡生成器,每秒产生300到400个悬浮气泡。这些气泡被释放或“播种”到要注意的区域。 这些气球的直径为八分之一英寸,平均寿命为一到两分钟。每个气泡的壁是由一种特制的肥皂泡溶液制成的。充入的气体恰好可以抵消气泡壁的重量。气泡立刻被“锁定”在局部空气运动中,且严格地随气流运动。 任何种类的流动都容易被看到,无论它是层流还是湍流,稳定的或不稳定的。 在适当照明的暗室里,气泡就如明确的条纹。这些条纹可以用肉眼看、照相或拍摄下来以记录气流模型。 下面的照片显示了一个放在垂直单向流洁净室的桌面周围气流短时间内的位向。无疑它证实了桌面下的回流地带。它与上个月介绍的一个几何形状类似的气流模拟分析所预测的很相像,其中包括一个漩涡。
烟雾生成器/喷烟机 过去使用过烟雾弹、香烟烟雾、二氧化碳和其它许多射源来描绘气流模式。但是在洁净室中都不能用。可以购买到的与洁净室协调的喷烟机产生超纯的水微滴,厂家声称其“可悬浮、无杂质且高度可见”。
2 充气氦气球群 这是我最喜欢的方法,因为它便宜。三人研究小组(RTI)的Phil Lawless建议使用充气氦气球,并粘上一个细绳作尾巴。
3(我们用一段磁带)可以通过剪短或增加带子的长度来调整,直到使得气球在静态空气中保持静止不动。我们展示了一个特定的洁净室中(百分之七十的天花板覆盖着HEAP空气过滤器,一侧墙回风)的气流远非单向。我们在贴近地板的特定位置释放气球,看到气球被带到天花板而不是排风管。 氦气泡描绘的气流路径。(注意桌面下完整的回流曲线) 3-D超音速风速计与气球群方法相比,3-D超音速风速计法描绘了混合光谱相反的一端。它是一项气流绘制技术,而不是一个单纯的可视化方法。原理是测量一个超音速声波在发射机和接收机探测器之间的运行时间。
4运行时间等于音速加上或减去任何平行于两个探测器连线方向的对流气流分量。 由于同一个探测器既可以作发射器也可以作接收器,就可以双向测量运行时间──探测器先作发射器测量一次,再作接收器测量一次。 知道两个探测器间的距离和两次运行时间就足以计算两个探测器连线方向上的对流气流分量和声速(恒温下测定)。放置三对互相垂直的探测器就可以绘制出三维的气流。 这个方法可以作定量的详细测定,但耗时且昂贵。但某些国家环境平衡署洁净室(NEBB)的验证者有那样的仪器并且提供这项服务。
作者简介 罗伯特 P. 多诺万是一名就职于Sandia国家实验室的进程工程师,《洁净室》杂志的每月专栏作者。他的电邮地址是:rdonov@sandia.gov
参考文献 1. Ordway, D. E. "Flow Visualization with Neutrally Buoyant Bubbles Is an Extremely Powerful Tool for Gaining Insight into Complex Airflow Phenomena" [http://www.sageaction.com] 2. "Ultrapure Cleanroom Foggers" [http://www.mspcorp.com/ cleanroom_fogger.htm] 3. Lawless, P. A. and R. P. Donovan, "Visualizing Airflow Patterns with Helium-Filled Balloons", Microcontamination 6(9), September 1988, pp. 72-75 4. Hope, D. and D. Milholland, "The Use of a Three-Dimen sional Ultrasonic Anemometer to Measure the Perfor mance of Clean Zone Air Delivery Systems," 1993 Pro ceedings of the IES, pp. 516-528
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