630090, Новосибирск, ул. Инженерная, 20
(383) 344-94-34 info@academlab.ru

Визуализация потоков воздуха в чистых помещениях

Для чего нужна визуализация потоков воздуха в чистых помещениях?

ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007 так определяет цели проведения визуализации воздушных потоков:

 Цель данного испытания - подтвердить, что направление потока, картина распределения потоков или и то и другое соответствуют проекту или соответствующей спецификации. 

При первичной аттестации чистых помещений в оснащенном состоянии может возникнуть вопрос, какое влияние оказывает технологическое оборудование, установленное в помещении на движение воздуха?

Ответ на этот вопрос и дает визуализация воздушных потоков. Визуализация потоков вблизи технологического оборудования также позволяет обнаружить застойные зоны, в которых движение воздуха затруднено или отсутствует, что может приводить к росту концентрации частиц и несоответствию помещения требованиям по классу чистоты.

В помещениях с однонаправленным воздушным потоком (высокоасептических операционных, критических зонах фармпроизводств) визуализация потоков наряду с измерением скорости потока, позволяет оценить, насколько эффективно ламинарный поток воздуха выполняет свою защитную функцию.

Визуализация воздушных потоков также часто требуется при проведении испытаний ламинарных боксов (боксов биобезопасности, укрытий с чистым воздухом) для проверки степени удержания частиц внутри бокса.

Другие полезные данные о чистых зонах, получаемые методом визуализации:

  • поведение потоков в зонах приточного и отработанного воздуха
  • зоны влияния отработанного технологического воздуха
  • обтекание персонала на рабочих местах
  • обтекание частей оборудования (лент транспортера и т.д.)

Для каждого отдельного чистого помещения должен быть разработан план визуализации, учитывающий особенности чистого помещения, его назначение, установленное оборудование и технологическое оснащение.

Методы визуализации потока

ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007 определяет несколько возможных методов визуализации воздушных потов, среди которых - визуализация потоков воздуха с помощью нитей, с помощью введения в поток воздуха аэрозольных частиц, фото- и видеосъемка процесса визуализации, а также математическое моделирование потоков воздуха в чистом помещении.

  • Визуализация с помощью нитей

    Метод состоит в наблюдении за нитями (шелковыми нитями, отдельными нейлоновыми волокнами, флажками или тонкими лентами), которые крепятся к штырькам или точкам пересечения проволочной сетки, находящимся в потоке воздуха. Это дает видимую картину направления потока воздуха и их изменения из-за турбулентности. Целесообразно использовать эффективную подсветку и видеозапись или фотографию полученной картины потоков воздуха. Для определения угла отклонения потока следует выполнить измерения в двух точках (например, на расстоянии от 0,5 до 2 м).

  • Визуализация с помощью аэрозольного генератора или генератора частиц (метод введения частиц)

    Метод состоит в наблюдении за поведением частиц, которые вводятся в поток воздуха. Применение источников света с высокой интенсивностью светового потока позволяет определить направление и однородность потока воздуха. Трассирующие частицы могут быть получены из распыляемой деионизованной воды, спирта и пр. Источник частиц должен быть выбран так, чтобы исключить загрязнение воздуха и поверхностей чистого помещения.
    При выборе метода распыления следует учесть требования к размеру частиц (капель). Он должен быть достаточным для визуализации потока воздуха выбранным методом, но не настолько большим, чтобы гравитация или иной эффект могли повлиять на их движение и искажение получаемой картины.

  • Визуализация потоков воздуха с помощью видеозаписи

    Видеозапись картины визуализации потоков воздуха позволяет получить количественные характеристики потоков (векторы скоростей) в двухмерном изображении. При этом используются цифровые камеры, передающие изображение на компьютеры с необходимыми интерфейсами и программным обеспечением. Для достижения большей пространственной разрешающей способности могут использоваться лазерные источники света и пр.

  • Визуализация потоков воздуха методом построения распределения скоростей (математическое моделирование и расчет воздушных потоков)

    Распределение скоростей потоков воздуха может быть построено по нескольким точкам, в которых скорость определяется термоанемометром, ультразвуковым анемометром или другим прибором. Последующее моделирование воздушных потоков позволяет оценить влияние изменений параметров работы систем ОВК на потоки воздуха в помещении.

Как проводится визуализация воздушных потоков

В соответствии с методикой, приведенной в ГОСТ Р ИСО 14644-3-2007, визуализация может проводиться различными способами, пригодными для достижения целей испытания:

 Целью проверки направления потока воздуха и визуализации потока является подтверждение того, что направление и однородность потока соответствуют установленным требованиям, и если нужно пространственным и температурным характеристикам. 

В нашей лаборатории имеется различное оборудование для проведения визуализации потоков воздуха - генератор тумана, генератор аэрозольных частиц, высокоскоростная цифровая камера и вспомогательное оборудование.

Наиболее удобным и наименее затратным способом визуализации, применяемым специалистами нашей лаборатории, является визуализация потока с использованием генератора аэрозольных частиц. При этом способе для создания видимого потока частиц используется жидкость DEHS и аэрозольный генератор - то же оборудование, которое используется при испытаниях фильтров на утечку и определении времени восстановления.

В случаях, когда использовать DEHS-аэрозоль нежелательно из-за высоких требований к чистоте воздуха и поверхностей, например, в эксплуатируемом состоянии, визуализировать поток можно при помощи ультразвукового генератора тумана, где в качестве источника аэрозолей используется деионизованная (сверхчистая) вода. При таком способе визуализации риск загрязнения поверхностей полностью отсутствует.

Моделирование воздушных потоков для визуализации

В случае, если конфигурация помещения относительно простая, и целью визуализации является получение информации о скоростях и направлении движения воздуха в помещении, можно провести математическое моделирование чистого помещения, сделать расчет распределения скоростей движения воздуха и построить визуальное представление воздушных потоков в любой плоскости или в 3D.

Анализ воздушных потоков в высокоасептической операционной при работающих стеновых модулях рециркуляции

Отчет о визуализации потоков воздуха

Отчет о проведенной визуализации включает в себя фотографии, демонстрирующие движение воздушных потоков, и информацию о соответствии полученной картины требованиям нормативной и проектной документации.

При проведении визуализации методом математического моделирования и построения распределения скоростей воздушных потоков в ряде случаев отчет может включать в себя видеоролик, наглядно демонстрирующий движение воздуха и аэродинамические процессы.


flow-visualization