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研究生: 蔡永隆
Yung-Lung Tsai
論文名稱: 風機濾網機組性能之數值與實驗研究
Numerical and Experimental Study for The Performance of Fan Filter Unit
指導教授: 林顯群
Sheam-Chyun Lin
口試委員: 莊福盛
Fu-Sheng Chuang
郭鴻森
Hong-Sen Kou
李基禎
Ji-Jen Lee
陳呈芳
Cheng-Fang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 188
中文關鍵詞: 性能數值分析風機濾網機組
外文關鍵詞: aerodynamic performance, CFD, FFU
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  • 現今潔淨室空調系統已大量採用FFU來控制其潔淨度與氣流量。為了使FFU機組具備高性能、高效率、及出風高均勻度等要求,本文將透過數值模擬搭配模型製作、及性能與噪音之實驗,來對原型FFU機組提出改善方案。在風機性能部份,利用原型葉輪幾何外型的修改進行不同的參數分析,舉凡葉片入口寬度、葉片數目、葉輪內外徑、葉片入出口角度、葉片外型等,探討各個參數對性能的影響以及其最適合之幾何外型,接著針對風機流道的導流方式與出口氣流均衡裝置作進一步的改善研究,並將兩者的參數做系統化整合。從其數值結果可得知最大流量比原型FFU提昇了19.5%,最大靜壓則增加8.8%,而最高效率點也高出約4%左右,且出風口正向流出區域的面積比例從原來36.2%增加到69.1%。然為了驗證模擬的準確性,本文依整合後的參數去製作Mock-up以供測試,並參照AMCA所規範之測試系統與CNS8753聲壓量測標準,進行風機性能及噪音量測。由其實驗結果顯示,模擬與實驗誤差在6%以內,P-Q Curve整體趨勢亦相當一致,故能證實利用數值模擬的改善方式的確是有其準確性,同時噪音值也比原始設計低了2.8dB。而本研究之完成,相信可提供在FFU的設計與開發上,有一套具系統化與科學性之分析流程,且對於提昇整體性能及降低噪音品質方面將有所助益。


    Nowadays FFU is used extensively for fulfilling the demands in airflow supply and cleanness control inside the clean room. This integrated investigation, consisting of numerical analysis, prototype manufacturing, and measurements, is aiming to enhance FFU performance and the uniform velocity distribution at FFU’s outlet. Firstly, a thorough parametric study on the rotor geometry is executed to examine the corresponding aerodynamic influence on the FFU performance. The parameters considered here include rotor diameter and blade geometry, such as its shape, width, number, inlet and outlet angles. Then a new porous guiding plate and the flow path redesign are imposed inside the region between rotor and FFU outlet to reinforce the uniform distribution at the FFU discharge. Consequently, noteworthy increases in the amount of 19.5%, 8.8%, and 4% are numerically illustrated on FFU’s flow rate, maximum static pressure, and efficiency, respectively. Also, the active outflow area ratio is improved from 36.2% to 69.1% at FFU discharge plane. Thereafter, to further validate the CFD outcomes, an FFU mock-up with the optimal parameters is manufactured and tested by using AMCA standard for aerodynamic performance and CNS 8573 standard for acoustic characteristics. It is demonstrated that a good agreement and a 6% deviation over the entire performance curve are found via comparing the numerical and experimental results. In addition, a decreased 2.8 dB is observed for this new FFU design. In summary, this study offers a systematic and logical procedure for the FFU design

    摘 要 I Abstract II 致 謝 III 目 錄 IV 表索引 IX 符號索引 XII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 5 1.2.1 FFU結構研究 6 1.2.2 離心式風機 11 1.2.3 噪音改善 17 1.2.4 數值模擬 20 1.3 研究動機與方法 21 第二章 FFU簡介與風扇設計 27 2.1 FFU之簡介 27 2.1.1 FFU之起源 27 2.1.2 FFU之構造 32 2.1.3 FFU之優勢 37 2.2 風扇設計 38 2.2.1 葉輪設計 41 2.2.2 FFU內部導流設計 47 2.2.3 FFU之出口氣流均衡設計 50 第三章 數值方法 53 3.1 流場統御方程式 53 3.2 紊流模式 55 3.3 數值方法 60 3.3.1 求解流程 60 3.3.2 離散法則 63 3.3.3 速度與壓力耦合 66 3.4 數值邊界條件設定 68 第四章 原型FFU之數值結果 70 4.1 模型網格的建立 70 4.2 性能曲線模擬之驗證 75 4.3 原型流場之缺失整理 77 第五章 參數整合研究與分析 84 5.1 葉輪之改善結果 84 5.1.1 葉片入口寬度 85 5.1.2 葉片數目 102 5.1.3 葉輪內、外徑 107 5.1.4 葉片入、出口角度 115 5.1.5 葉片型式 123 5.1.6 葉輪參數整合 127 5.2 內部導流之改善結果 133 5.3 出口氣流均衡之改善結果 149 5.4 整體改善結果 156 第六章 實驗結果與討論 161 6.1實驗設備及儀器 161 6.1.1 性能量測設備 164 6.1.2 噪音量測設備與環境 164 6.2 實驗量測結果 169 第七章 結論與建議 176 7.1 結論 176 7.2 建議 181 參考文獻 183 作者簡介 188

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