垂直单向流洁净室气流的数值模拟与分析

摘要

空气洁净技术广泛应用于微电子工业、精密机械、医疗、生物工程、制药业、塑料制品和食品加工等行业。随着世界经济和科学技术的发展,空气洁净技术的研究不断加强,应用范围日益扩大,空气净化产品和设备日趋完善,设计理念更为先进。在洁净技术中,气流流场的合理设计有着至关重要的意义。
　　 研究气流流场的方法有理论分析加实验的方法和计算机模拟计算的方法。实验方法虽直观易行,但费用昂贵,设计周期长,投入的人力多,实验结果存在误差,不具有通用性。随着现代计算机技术的迅速发展,计算机性能的不断提高与价格的不断降低,为CFD(ComputationalFluidDynamics)研究各种流动现象及其规律提供了强有力的物质基础和手段。CFD技术现在已成为暖通技术研究和解决实际问题的不可或缺的手段。与实验法相比,模拟计算的方法能在较短的时间内完成,能较精确地预测气流流场,成本低;在洁净室气流设计时,可预测分析不同方案下洁净室的气流组织的优劣,并可通过改变某些参数的设置来优化气流分布以满足设计要求。
　　 论文对影响垂直单向流洁净室中的气流的因素进行综合分析,并得出结论,为洁净室的设计和应用提供参考。在垂直单向流洁净室中,气流的流场特性会影响到洁净室等级及污染物的控制,从而关系到单向流洁净室的洁净效果。作为超大规模集成电路(VLSI)生产环境的单向流洁净室必须满足流线平行度、乱流度及下限风速这三项特性指标。
　　 本课题以一个设计洁净度等级为5级的洁净室的工作区气流为研究模型,在两种的回风方式(单侧下回风和两侧下回风)下,对其气流组织进行数值模拟,分析和比较在不同的回风口布置时洁净室的气流组织和气流的分布状况,观察两种形式下的流线平行度的情况。旨在通过运用数值计算的方法对模型房间的气流组织进行模拟,以寻找气流分布与回风方式间的关系。对一实际的工程进行了现场测试,测量了洁净室内典型断面的流速,将测试的结果与数值计算的结果进行对比,以验证数值计算方法和结果的正确性、可靠性。在此基础上,进一步模拟计算设有工作台时该洁净室的气流分布,分析气流的特性指标能否达到单向流的要求,据此解决工程实际问题,以对洁净室提出更经济合理的设计方法,使洁净室能更好的满足实际生产的需要,进一步发展我国的洁净室技术水平。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 生产环境控制与微电子工业发展的关系

1.2 洁净室的应用与发展

1.2.1 IC产品生产环境的发展

1.2.2 洁净室技术的发展现状

1.2.3 数值模拟应用在洁净室的发展

1.3 本课题的研究内容

第2章 洁净室的原理及送风方式

2.1 前言

2.2 洁净室的原理

2.2.1 乱流洁净室工作原理

2.2.2 单向流洁净室原理

2.2.3 辐流洁净室的原理

2.2.4 单向流洁净室的特点

2.2.5 洁净室的压力

2.3 IC洁净室的送风方式

2.3.1 集中送风方式

2.3.2 隧道送风方式

2.3.3 微循环方式(SMIF)

2.3.4 风机过滤单元方式

2.4 本章小结

第3章 洁净室气流组织的影响因素

3.1 前言

3.2 气流组织的影响因素

3.2.1 送风方式的影响

3.2.2 洁净度不同的速度介面影响

3.2.3 人和物的影响

3.2.4 诱导现象

3.3 本课题的模型

3.4 本章小结

第4章 洁净室的原理及送风方式

4.1 前言

4.2 洁净模拟的数学模型

4.2.1 模拟方法的简介

4.2.2 时均方程法三种模型介绍

4.2.3 低雷诺数模型与高雷诺数模型的比较

4.3 控制方程的离散

4.3.1 控制方程的通用形式

4.3.2 离散化方法

4.4 微分方程的离散

4.4.1 控制方程的离散

4.4.2 离散格式

4.4.3 离散方程

4.5 离散方程的计算方法

4.6 交错网格

4.7 基于SIMPLE算法的速度场和压力场的求解

4.8 数值计算软件的介绍

4.9 本章小结

第5章 洁净室气流组织的模拟与分析

5.1 前言

5.2 模拟的物理模型及参数

5.2.1 模拟的边界条件

5.2.2 模拟的结果

5.3 结果的讨论

5.3.1 洁净室气流组织的评价指标

5.3.2 气流组织的分析

5.4 两种模型的分析比较

5.5 本章小结

5.5.1 测试内容和测试仪器

5.5.2 风机过滤器单元的平均风速的测量

5.5.3 断面风速的测量

5.5.4 测试结果及其分析

5.6 放置有工作台的双侧回风口洁净室的模拟计算和分析

5.7 结论

5.8 本章小结

第6章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献