洁净技术讲稿ppt课件

1、空 气 洁 净 技 术.6 室内微粒的运动 干净技术的义务，控制室内的微粒数或含量，来保证微粒不落在产品上，手术伤口处及药品内等，而微粒的下落或堆积受多种要素的影响，有必要对微粒的运动有一较全面的了解。6.1 作用在微粒上的力处理微粒的外表沉降和那些要素有关。教材归纳为五种： 1) 质量力：与微粒质量成比例的力，重力，惯性力。 2) 分子作用力：由气体分子运动撞击微粒运动的力，如分散力，分子热运动脉动撞击微粒而运动，针对小微粒0.3m。 3) 场力：除重力场以外的场力，电场力、磁场力等。 4) 粒子间的吸引力。 5) 气流力：送、回风气流，热上升汽流，甚至人员走动，物体挪动构成的气流携带微粒的

2、运动的力。 就分析微粒在室内的运动而言，五种力中影响最大的是气流力，其次是质量力重力、惯性和分散力，其他两种可以忽略。.6.2 微粒的重力沉降 微粒有质量就遭到重力F1作用，占有体积就遭到期周围介质的浮力F2，这两个力方向相反，在二力综协作用下微粒要挪动，就遭到与运动方向相反的周围介质给予的阻力F3，三个力的表达式分别为：重力 N1浮力 N2 实为介质分量 阻力等于微粒相对运动的速度头与垂直于运动方向微粒投影面积的乘积，还要乘以与介质间的阻力系数。阻力 N3.当三力到达平衡时，即F1-F2=F3，微粒等速沉降，这时用vs表示沉降速度，将各力的表达式代入平衡式，整理得 m/s6-4这是一个普遍适

3、用的公式，阻力系数取决于流态实践，由雷诺数太小决议的取值。当Re小于等于1时，对于球形微粒，空气的阻力可写为： 5 即为斯托克斯公式，已出现过多次，与公式3描画同一过程，整理得 6-6.公式阐明，阻力与微粒的速度的一次方成正比，公式是在Re很小情况下推出的，Re1时正比关系不能成立，需修正。对于非球形微粒，阻力要大一些，表达在阻力系数上乘以大于1的修正系数，不同外形的见表6-2，在空气中的微粒 ，那么 m/s解出vs 当 kg/m3 cm/s . 对于粒径小于1m的粒子，其大小与气体分子的平均自在行程相接近20时空气平均自在行程0.065m，粒子外表气体分子稀薄。因此在粒子外表构成气体滑流，对

4、粒子的阻力相对减少，即沉降速度加大。 C为库宁汉修正系数6-11为空气分子的平均自在行程。.6.3 微粒在惯性力作用下的运动 惯性力作用下的运动是指微粒在外力的作用下获得初速度后外力立刻消逝，微粒仅靠惯性维持运动，典型的例子。 当微粒受外力作用以v0为初速作程度运动时，用牛顿定律表示为6-12F为外力，对于所讨论的惯性力情况F=0。F3空气阻力，对于小微粒，Re1可用斯托克斯公式，对1m还要思索滑动修正，C 1。.代入F3整理得，令，那么积分并求出速度，得：.在时间t内，在惯性作用下粒子运动的间隔当t=时， ，为微粒运动的最大间隔，但值很小，在气溶胶力学中称“张驰时间，当dp=10m，p=20

5、00 kg/m3时，在规范形状下仅为6.0710-4 v0秒，因此即使初速v0很大，微粒飞行间隔很短，特别是1m以下的小粒子，仅为万分之几厘米到千分这几厘米，实践工程中的一次尘化作用缺乏以呵斥粉尘飞扬的道理是一致的。.6.4 微粒的分散运动 前面曾多次提到微粒的分散运动是由于空气分子运动撞击微粒而引起微粒的运动，图6-3图示微粒作分散运动的原因及运动情况，(a)空气分子作不规那么的布朗运动，无规律可循；(b)气体分子撞击微粒，当各个方向撞击的力不平衡时将产生挪动；(c)图微粒在一个时间段内，受气体分子撞击后挪动的轨迹，撞击是随时的，方向不定。轨迹是延续的但无规律可循。前苏联学者付克斯在1960

6、年出版的气溶胶力学一书中给出1秒钟内微粒在给定方向平均位移的绝对间隔计算式：. D为微粒在空气中的分散系数cm2/s， 传热学中给出物理意义：沿分散方向在单位时间内，每单位浓度降低的情况下经过单位面积分散的物质量，其值与浓度无关，随温度高而升高，随压力加大而下降，温度压力一定，D为定值。如在规范大气压和0时，水蒸汽、SO2在空气中的分散系数分别为0.22cm2/s和0.103cm2/s。而微粒的分散系数却与粒径有关dpD，由图6-4可看出微粒的D很小，因此t=1s时，微粒由分散而运动的间隔也很小，在10-4cm量级。 我们已了解到微粒靠重力沉降，其沉降速度很慢，如粒径1m的微粒，vs=0.00

7、6cm/s，下落1m间隔需4.6h，很不易沉降，而在惯性力作用下和微粒的分散运动，其运动的间隔又是很小的。我们需求了解微粒是如何在外表上堆积的，与哪些要素有关。.6.5 微粒在外表上的堆积1微粒在无送风室内垂直外表上的分散堆积 在无送风室内并不意味着空气完全静止，实践上是有对流存在的，而在传热学中分散除微观分子分散外，还有涡流分散。对于我们讨论的微粒分散堆积问题，分散作用也是包括两部分，即远离外表的对流分散和离外表很近一层内的由分子分散引起的微粒的分散堆积，而惯性作用引起微粒的程度运动会在垂直外表引起的堆积，但在无送风室内其不存在，其在垂直外表引起的堆积不思索。 前苏联学者付克斯把两种分散一致

8、同来，处理了在微粒垂直外表上的堆积计算问题，前提是知微粒由分子分散而产生的分散系数D，而不是分子的分散系数。 . 对于在外表堆积问题，由于堆积而呵斥微粒浓度对时间的变化率和微粒的浓度成正比，顺应于各种堆积作用。6-18整理后积分 6-19 由于室内无风，那么空气中微粒的浓度由于堆积作用是逐渐减少的，两个分散作用看成两段，在紧靠垂直平面的一薄层约为20m左右，为分子分散层，由于分子分散的作用使微粒堆积到平面上，使得薄层内微粒浓度下降，而对流分散作用又使薄层内的浓度与室内趋于一致，而室内空气中微粒的浓度总体又是随时间下降的。. 由于室内无风，那么空气中微粒的浓度由于堆积作用是逐渐减少的，两个分散作

9、用看成两段，在紧靠垂直平面的一薄层约为20m左右，为分子分散层，由于分子分散的作用使微粒堆积到平面上，使得薄层内微粒浓度下降，而对流分散作用又使薄层内的浓度与室内趋于一致，而室内空气中微粒的浓度总体又是随时间下降的。在粒子分散系数为D单位时间内，在单位浓度下降情况下，经过单位面积分散的物质量在层内，由于分散浓度变化由N0外表，浓度降为N/粒/cm3cm，所以单位时间内由于分散堆积到单位垂直外表积上的微粒为 粒/cm2s。假设室内垂直外表积为S，而在dt时间内，由于分散堆积的粒子数为SIdt，该值应等于室内空气中微业数的变化。. 6-21代入 得那么将代入 6-19 整理得：. 为由于分散作用使

10、微粒在垂直外表堆积而引 起室内微粒浓度随时间变化的表达式。由此可计算任一时间因分散堆积到单位面积垂直外表上的微粒数为 粒/cm2详细量化一下，一(万级)干净车间 6.105.002.6m t=3.6103s D=6.210-7cm2/s cm2/s查图 取 =20m (d0.5m) N0=0.35粒/cm3 粒/cm2.2微粒在无送风室内程度面上的堆积 分散作用同样也影响微粒在程度面上的堆积，同样也包括分子分散和对流分散，影响微粒在平面上堆积的另一要素是沉降。从重力沉降一节我们知道粒子的沉降速度与微粒的粒径、密度和气体粘性有关，在常温t=20空气中p=2000kg/m3时 ，vs0.610-2

11、dp2 cm/s，仅取决于粒径的平方，而分散作用在离平面很近时，空气对流速度趋近于零，对流分散影响可忽略，只思索分子分散所引起微粒的分散，它只影响微粒的浓度而不影响沉降速度，所以在t 时间内沉降在单位面积上某个粒径的微粒数表示为 粒/cm2 6-24分散作用表达在N内。 . 在没有送风室内，没有新的微粒来源，因此单位面积气柱中微粒数的减少等于堆积到平面上的微粒数 整理积分得代入 6-24式积分粒/cm2.仍用前面万级干净车间的例子计算,室内尺寸6.105.002.6m，与计算相关量：H=2.6m=260cm， 室内粒子浓度干净度N0=0.35粒/cm3，堆积时间t=3600秒 cm/s 粒/c

12、m2 对于垂直面，粒径的影响表达在D中，对于程度面，粒径的影响表达在vs中。.3微粒在送风室内平面上的堆积 与没有送风的室内微粒的堆积情况相比，有送风时室内空气中微粒的浓度N可以看作常量，不因堆积而发生变化，而无送风时N是随时间而减少的。对于微粒在有送风的室内平面上的堆积，日本两名学者提出堆积量计算公式。 粒/cm2 6-26N空气中微粒浓度，粒/cm3 ；vs沉降速度， cm/s ；f 堆积面积，cm2 ；hs房间高度；h堆积平面到顶棚间隔；n换气次数；T堆积时间。单位一致由于vs很小， ，故上式简化为 粒/cm2 6-27. 仅适用于有送风的情况，而且是大的平面，而我 们关怀的是微粒在工件

13、上的沉降数，如集成电路板上，属部分平面。由于有气流会绕过部分平面，这时引起在部分平面上堆积的要素不止沉降一种，还有惯性、拦截和分散等，需逐个思索。我们以堆积效率这种相对量的方式比较它们的大小。1惯性堆积类似于惯性效应，惯性堆积效率 其中惯性参数表6-6给出dp、部分平面直径及气流速度u与的关系，可见dp越大，St ，平面直径越小，St 。对大平面，不思索惯性沉降的影响。.2拦截堆积很类似于第三章孤立单根纤维拦截过滤效率 3-3对于Re较大的情况，如Re=13.7，而拦截参数变为所以拦截沉降效率 其详细值见表6-7。 .3沉降堆积微粒在部分平面的沉降堆积效率也为很小的值，见表6-8。4分散堆积

14、前面提到，对于程度面而言，对流分散系数趋于零，在距平面很近的薄层内，分子分散在起作用，微粒的分散堆积量要小于其对于垂直外表的堆积量，其堆积的几率是很小的。 教材以集成电路用直径3cm硅片为例，在两种粒径微粒条件下，将上述四种途径堆积的几率列出，其相对大小顺序为：沉降堆积、拦截堆积和分散堆积，各高出一个数量级，惯性堆积趋于零。. 我们已处理了平面上沉降堆积的计算问题，在沉降堆积的根底上乘以一大于的修正系数将拦截和分散堆积的要素思索进去，可以简化计算。按教材给的数据：对于1m微粒，修正系数应为1.3，对5m修正系数为1.2，经核算教材上边的各效率，对5m应为1.06。 那么在有送风的室内，T时间内

15、，以风速为u经过面积为f平面的一段气流中，在单位面积上堆积的微粒量6-31随着dp，修正系数a。. 对于多分散微粒，vs值应按某个平均粒径计算，由于微粒的沉降速度主要受空气阻力的影响，而该阻力和微粒的投影面积成正比，所以应该用平均面积直径，也就是第一章中提到的 9 种平均直径中的即平均面积直径作为全部微粒的平均直径。这样，由Dsvs=0.610-2dg2Ng。 表6-9列出几间干净间堆积数量的实测值与计算值的对比，差别不是很大。用平面上的堆积量与前面讲到的在垂直面上的堆积计算结果比，程度高是垂直面堆积量的几十倍。. 学习了上述内容，在知室内空气中微粒浓度情况下，在不思索室内微粒发生源的情况下，

16、我们可以计算在程度面和垂直面上的堆积量。假设工艺提出对单位面积堆积量的限制，我们可以反推出所要求的微粒浓度，即干净度。.6.6 气流对微粒运动的影响1影响室内微粒分布的要素 前面在讨论微粒的堆积的作用要素时，曾分析由于重力惯性力和分散所呵斥的微粒的运动的速度很小，每秒千分之几厘米，所以它们的存在不会对室内微粒的浓度分布呵斥影响，但室内的送回风气流及其它由于热外表及人员行走所行成的气流速度普通均大于0.1m/s，足以携带微粒挪动较长的间隔，特别是室内的气流组织不是平行流而是乱流、室内又有微粒发生源的时候，这些气流会影响到室内微粒的浓度分布。微粒密度较大会不会偏离气流的轨迹不跟随气流运动，实践情况

17、是小微粒根本不会偏离气流流线的。 . 从两点可以阐明：跟随速度概念，由于微粒密度远大于空气，在气流中所遭到的力与同体积气体相比有差别，因此是呵斥其速度与携带微粒的气流速度有差别。我们称微粒具有的速度为跟随速度，该速度可以从受力分析中求得。以与气流速度的相对值的方式给出。当微粒的密度与空气一样，其在空气中所受力为 ，而实践密度为p，所受力与气球体有所不同，粒子速度并不完全与空气一样，其运动方程为 6-32Fr为存在相对运动时的阻力 .解该方程得 6-33式中，a、b、c为物性参数数组，为湍流脉动频率。当p=1g/cm3时，dp=5m ，dp=1m ，dp50m，遵照推出的公式；dp50m，dpu 。作者建议把dp=10m的悬浮速度作为控制速度，经过实验取u=20cm/s，因此要求吹过干净室程度面的气流速度不高于20cm/s，对于地面附近，正是回流速度，设计送风方式时要作思索。.3热对流