不同送风条件下静态电子洁净室排污性能研究

一、引言

在电子制造这个领域中，半导体芯片制造以及液晶显示面板生产等方面，生产环境里的空气质量对于产品质量以及生产工艺而言有着极其关键的影响，哪怕只是非常少量的气态分子污染物，也就是AMC，都有可能致使电子产品出现缺陷，降低产品的良率，化学过滤器作为电子洁净室空气净化系统的核心构成部分，可有效地去除空气中的酸性气体、碱性气体以及有机化合物等多种污染物，为电子生产营造出洁净的环境。

二、研究方法

（一）模型建立

运用计算流体力学也就是CFD方法来构建洁净室的模型，选取实际当中某典型的静态电子洁净室当作原型，确定其几何尺寸，同时考虑室内设备的布局状况以及空间结构情况，在模型里对送风口与回风口的位置、形状以及尺寸做精确设定，送风口处于顶部位置，回风口在底部两侧，模拟实际工程中常见的布置形式。

（二）控制方程

在模拟的进程当中运用标准k-ε双方程湍流模型去描述气流的湍流流动状况，其控制方程覆盖连续性方程、动量方程、湍动能方程以及湍动能耗散率方程等内容，这些方程可以比较准确地呈现洁净室内复杂的气流运动情形，针对颗粒物的输运方面，采用离散相模型也就是DPM，考虑颗粒物跟气流之间的相互作用，借助求解拉格朗日方程来追踪颗粒物在气流里的运动轨迹。

（三）边界条件设定

将恒定的风量设定为入口边界条件，保证在 3 种送风方式下总风量保持一致，以此达成公平对比，对于定风速送风，把风速设定为一个恒定的值，正弦式送风的风速会随着时间依照正弦函数规律发生变化，需设定其振幅以及频率，脉冲式送风是以一定的脉冲频率和占空比来对风速的变化给予设定。出口边界设置为压力出口，壁面采用无滑移边界条件，依据实际情形设定室内污染源的位置、强度以及颗粒物粒径分布等参数。

（四）模拟工况

对三种不同送风条件展开模拟，分别是定风速送风、正弦式送风以及脉冲式送风，在每种送风条件的情形下，针对洁净室从初始污染状态直至自净的整个过程给予模拟，记录不同时刻室内颗粒物的浓度分布状况以及气流速度分布情况。

三、结果与讨论

（一）气流组织分析

在定风速送风的状况下，洁净室内的气流呈现出相对较为规则的流动模式，不过在角落以及设备的周围，很容易形成气流死区，致使污染物出现积聚的现象，当采用正弦式送风的时候，因为风速呈现周期性的变化，气流的混合效果有了一定程度的改善，在一定程度上可减少气流死区，然而在风速较低的时段，依旧存在局部区域气流较为微弱的情形。至于脉冲式送风，则使得气流在室内形成了强烈的扰动，气流分布变得更加均匀，有效地缩小了气流死区的范围，可把新鲜空气输送到室内的各个角落。

（二）颗粒物分布特性

当以定风速进行送风操作时，颗粒物会在气流的带动作用下朝着回风口的方向运动，然而在气流形成的死区以及设备造成的阻挡区域内，颗粒物的浓度呈现出较高的状态，并且其分布情况并不均匀，在正弦式送风的情况下，颗粒物与气流之间的混合程度得以提高，室内颗粒物浓度的分布相对而言较为均匀。不过在风速出现波动的低谷阶段，部分区域的颗粒物浓度会出现短暂的升高现象，在脉冲式送风方式的作用下，颗粒物可快速地与气流实现充分混合，在整个洁净室内的分布是最为均匀的，而且浓度相对较低，脉冲式送风在推动颗粒物扩散以及实现均匀分布方面有一定优势。

（三）排污效率对比

借助计算不同送风条件时洁净室的总体排污效率E对其排污性能给予评估，排污效率的计算方式如下： E= (初始时刻室内污染物总量-某时刻室内污染物总量)/初始时刻室内污染物总量 ×100% ，计算得出的结果显示，脉冲式送风时室内总体排污效率E为最大，在同一时刻，其E值是定风速送风条件下E最大值的 136.32% ，是正弦式送风时E最大值的 124.72% 。这意味着脉冲式送风可更为高效地将室内污染物排出，提升洁净室的排污性能。

（四）自净时间分析

自净时间作为衡量洁净室恢复到洁净状态速度快慢的一项关键指标，借助模拟计算可知，脉冲式送风相较于定风速送风，其自净时间减少了52.51% ，相比于正弦式送风则降低了 25.10% ，脉冲式送风可让洁净室在较短时间内达成洁净要求，有效提升了洁净室的使用效率。

四、结论

本研究运用CFD模拟对定风速、正弦式和脉冲式这三种不同送风条件下的静态电子洁净室排污性能展开对比，得到如下结论：周期性送风即正弦式和脉冲式送风，相比定风速送风，可让洁净室内气流流动更为均匀，颗粒物与气流组织的混合效果更佳，其中脉冲式送风在室内颗粒物分布均匀性、排污效率以及自净时间等方面都呈现出优势。脉冲式送风时室内总体排污效率最高，自净时间最短，在实际的静态电子洁净室设计与运行中，采用脉冲式送风方式有利于提升洁净室的排污性能，契合电子工业对高精度生产环境的需求，未来研究可剖析不同脉冲参数如频率、占空比等对排污性能的影响，以及结合实际工程案例做更深入的验证与优化。

参考文献：

[1]马程鹏,赵福云,姚奕合.不同送风条件下静态电子洁净室排污性能研究[J].邵阳学院学报(自然科学版),2025,22(01):88-97.

[2]赵敬德,栾琨.基于某单向流洁净室数值模拟[J].洁净与空调技术,2023,(04):14- 16+86 .

[3]沈俊勇,张晓晖,顾卫星,程志强.基于 CFD 的薄膜洁净生产车间新型通风方案的评价[J].洁净与空调技术,2023,(03):19-25.

[4]张泽超,林鑫,贾云鹏.静态千级车间洁净室气流组织数值模拟[J].洁净与空调技术,2023,(02):21-24.

[5]江诗兵,袁佳.动态千级洁净室的深化设计及效果分析[J].洁净与空调技术,2023,(02):44-49.

[6]苏建程.洁净室内洁净度的影响要素[J].医疗装备,2023,36(01):41-44.

[7]赵福云,杨国彪,王云鹤,汪维伟.静态ISO6 级乱流电子洁净室气流组织数值模拟[J].大学学报(工学版),2021,54(09):810-819.

[8]周玉岩,施麟,宋建立.不同占用状态下辐流洁净室洁净度的研究[J].科技风,2018,(03):180-182.