手术室空气净化效果的研究

摘要

本课题采用数值模拟和实验研究相结合的方式对局部垂直送风手术室的净化效果进行了研究。 通过空态数值模拟和实验分析，得出局部孔板送风口湍流度的变化不论对手术区工作截面风速，还是对不同高度的平均风速均无显著影响。 根据对手术室进行空态及静态实验的数据，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级手术室手术区与周边区的洁净度和菌落数的差异进行了分析，得出各级手术室手术区与周边区的菌落数没有明显差异，甚至均可以达到100级的要求。 通过对手术室动态模型实验数据、动态实测数据与数值模拟值进行相关性分析，表明了利用数值模拟进行手术室净化效果的定性分析具有较大的可信度。利用数值模拟方法，得出手术区细菌浓度与送风速度呈幂函数的关系；在我国首次对手术区热烟羽效应对切口区域细菌浓度的影响进行了分析，从节能和保护关键区域出发，给出了推荐送风速度。同时，对手术台覆盖落地台布和覆盖不落地台布的工况进行了净化效果的对比研究。 从提高热舒适的角度，提出在Ⅰ级手术室可以采用具有2个送风速度(中心区低速)的不均匀垂直送风单元的设想，并通过数值模拟验证了其净化效果。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1医院感染的危害

1.1.2空气洁净技术对降低手术感染率的作用

1.1.3我国洁净手术室空气净化标准的制定

1.2洁净手术室的空气分布方式

1.2.1单向流

1.2.2非单向流

1.3洁净手术室气流组织的研究进展

1.3.1手术室舒适度的研究

1.3.2洁净手术室气流分布方式的比较研究

1.3.3新型送风系统的研究

1.4本课题研究内容

第二章数值模拟方法

2.1湍流模型简介

2.1.1零方程模型

2.1.2单方程模型

2.1.3双方程模型

2.2求解方法

2.2.1计算区域的离散化

2.2.2建立离散方程

2.2.3求解离散方程

2.3风口模型

2.3.1基本模型

2.3.2盒子方法

2.3.3动量方法

2.3.4 N点风口动量模型

2.3.5风口模型的选择

第三章空态手术室气流组织的数值模拟

3.1物理模型

3.2数学模型

3.2.1控制方程

3.2.2边界条件

3.3结果分析

3.3.1送风湍流度对手术区工作截面速度均匀度的影响

3.3.2送风湍流度对沿程速度的影响

3.3.3送风湍流度对手术区速度场分布影响的显著性分析

第四章动态手术室气流组织的数值模拟

4.1室内发菌量

4.1.1细菌的等价直径

4.1.2人体的发菌量

4.2室内微生物的运动规律

4.2.1作用在微粒上的力

4.2.2热对流气流对微生物运动的影响

4.2.3人员扰动的二次气流对微生物运动的影响

4.3物理模型

4.3.1手术室的布置

4.3.2人体模型的建立

4.4数学模型

4.4.1控制方程

4.4.2边界条件

4.4.3收敛准则

4.5结果分析

4.5.1送风速度对浓度场的影响

4.5.2手术床铺设落地台布对浓度场的影响

4.6结论

第五章洁净手术室净化效果的实验研究

5.1空态实验研究

5.1.1实验目的

5.1.2实验仪器

5.1.3空态手术室净化效果的研究

5.1.4讨论

5.1.5数值模拟的实验验证

5.1.6结论

5.2模型实验研究

5.2.1概述

5.2.2实验数据分析

5.2.3实验数据与数值计算的比较

5.2.4结论

5.3动态实验研究

5.3.1 Ⅰ级手术室的浓度场测试

5.3.2 Ⅱ级手术室的浓度场测试

5.3.3 Ⅲ级手术室的浓度场测试

5.3.4数据分析

5.3.5手术床铺设落地台布对浓度场的影响

5.3.6结论

第六章具有2个速度场的送风系统研究

6.1人体在稳态环境下的热平衡

6.1.1人体的能量代谢率

6.1.2人体的机械功

6.1.3人体与环境的对流散热量

6.1.4人体与环境的辐射散热量

6.1.5人体与环境的蒸发散热量

6.1.6人体热舒适方程

6.2物理模型

6.3数学模型

6.3.1控制方程

6.3.2边界条件

6.4结果分析

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢

附录一空态下速度场数值模拟计算结果

附录二模型实验测试原始数据