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研究生: 林楷玲
Kai-Ling Lin
論文名稱: 高溫作業對斜氣簾式排氣櫃流場之影響與洩漏特性
Influences of High Heat-load on Flow and Containment Characteristics of an Inclined Air-Curtain Fume Hood
指導教授: 黃榮芳
Rong-Fung Huang
許清閔
Ching-Min Hsu
口試委員: 張家和
Chir-Ho Chang
陳佳
Jia-Kun 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: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 223
中文關鍵詞: 斜氣簾式氣櫃流場可視化高溫
外文關鍵詞: inclined air-curtain fume hood, flow visualization, high temperature
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  斜氣簾式排氣櫃(Inclined Air-curtain Fume Hood)是一種特殊設計的排氣櫃,在一些物理參數(即吸氣速度與吹氣速度)與幾何參數配合妥當時,可使排氣櫃內汙染物不易洩漏至櫃外。但在高溫作業時,汙染物的洩漏狀況則尚未有過探討。當排氣櫃內有熱源在操作時,若操作條件不變,高溫所引致之熱浮力效應,有可能造成汙染物從櫃門開口處外洩。為了瞭解高溫作業對斜氣簾式排氣櫃所產生的影響,本研究探討一部斜氣簾式排氣櫃進行高溫作業時之流場特徵與追蹤氣體洩漏濃度。使用雷射輔助流場可視化技術,觀察櫃內高溫作業產生之熱浮力效應所引致之流場型態,檢視渦流、氣流擾動等的存在區域與行為,並根據流場可視化實驗結果,尋找最適當的操作設計參數組合與策略。另使用歐洲標準追蹤氣體測試法EN14175-7:2012與美國標準追蹤氣體測試法ANSI/ASHRAE 110-1995,探討高溫作業時,在不同操作參數下之洩漏濃度。EN14175-7:2012包括內部量測面測試、外部量測面測試、強健度測試;ANSI/ASHRAE 110-1995則模擬人員站立於排氣櫃前方時的洩漏特性。EN14175-7:2012測試結果顯示,在進行高溫作業時,傾斜氣簾式排氣櫃之操作參數與策略會影響流場型態與洩漏量。無干擾氣流的測試結果,高溫操作的櫃門開口面速度大於等於0.19 m/s以上時,平均洩漏濃度均在0.003 ppm以下,幾乎是零洩漏。櫃門開關測試的結果,高溫操作的櫃門開口面速度等於0.19 m/s時,平均洩漏濃度為0.039 ppm;面速度大於等於0.32 m/s以上,平均洩漏濃度等於0.001 ppm,所以櫃門開關面速度只需大於等於0.19 m/s即可達到遠低於歐盟標準(0.65 ppm)的洩漏濃度(與常溫操作相同)。強健度測試的結果,高溫操作的櫃門開口面速度等於0.26 m/s時,平均洩漏濃度為0.753 ppm,超過歐盟標準(0.65 ppm),但是常溫操作時平均洩漏濃度約為0.383 ppm,低於歐盟標準;面速度等於0.32 m/s時,平均洩漏濃度為0.106 ppm,遠低於歐盟標準;面速度大於等於0.45 m/s,平均洩漏濃度即低於0.005 ppm,近乎零洩漏。建議IAC排氣櫃的櫃門開口面速度設在大於等於0.32 m/s,即可兼顧各種操作與環境條件造成的影響。另外與九部傳統型排氣櫃的測試結果相比較,沒有干擾氣流時,IAC排氣櫃在高溫操作的條件下,只需要面速度大約0.19 m/s即可達到近乎零洩漏;表現最好的傳統型排氣櫃在常溫操作時,必須在面速度大於0.5 m/s以上才能達到近乎無洩漏。ANSI/ASHRAE 110-1995的測試結果顯示,IAC排氣櫃的櫃門開口面速度等於0.26 m/s、櫃門開度小於等於50 cm時,偵測到的洩漏濃度近乎於零。但是當櫃門開度大於等於55 cm時,面速度必須增加至0.45 m/s才能達到近乎無洩漏。所以為了達到近乎零洩漏的結果,IAC排氣櫃的櫃門開度設定在50 cm以下。因此,在高溫操作時,IAC排氣櫃的面速度大於等於0.32 m/s、櫃門開度小於50 cm,即可在靜態、動態與有操作員立於櫃前的條件下,達到近乎零洩漏的水準(與常溫操作相同)。


The inclined air-curtain (IAC) fume hood was successfully developed in previous research. By appropriately adjusting the physical parameters (e.g., suction velocity and blow velocity) and geometries, the IAC hood has been proved as an “almost zero-leakage” apparatus. However, previous research did not show the performance and optimized operation parameters when a high-heat load pollutant source was generated in the hood. The aim of the present work is focused on studying the effects of the high-heat plume on the flow field and the leakage of tracer gas from the sash opening. Laser-assisted smoke flow visualization technique was firstly employed to obtain the flow characteristics. The flow visualization results provided a clear picture for optimizing the operation parameters and strategy for high-heat-load operation. The standard tracer-gas concentration test methods (EN14175-7:2012 and ANSI/ASHRAE 110-1995) were used to examine the leakage levels of the IAC hood under the static, dynamic, and occupied conditions. The results showed that a negligibly small leakage level was obtained for the static, dynamic, and occupied conditions when the IAC hood was operated at the face velocity 0.32 m/s and sash height 50 cm. To obtain a high containment efficiency, the required face velocity (or suction flow rate) of the IAC hood is drastically smaller than that of a high performance conventional fume hood. The difference is about 60%.

摘要 i Abstract iii 誌謝 iv 目錄 v 符號索引 ix 表圖索引 x 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究目的 3 第二章 實驗設備與方法 4 2.1 實驗設備 4 2.1.1 斜氣簾式氣櫃 4 2.1.2 加熱平板 5 2.1.3 抽氣機 5 2.1.4 往復式調速平板移動機構 5 2.2 流場可視化實驗設備 6 2.2.1 浮子流量計 6 2.2.2 煙霧微粒產生系統與微粒特性 6 2.2.3 雷射光頁產生器 8 2.2.4 數位攝影機 8 2.3 洩漏濃度實驗設備 9 2.3.1 電子式流量計 9 2.3.2 MIRAN濃度測量儀 9 2.3.3 EN 14175洩漏濃度實驗設備 10 2.3.4 ANSI/ASHRAE 110 – 1995洩漏濃度實驗設備 10 2.4 量測儀器 11 2.4.1 文氏管流量計 11 2.4.2 壓力轉換器 11 2.4.3 熱線風速計 11 2.5 實驗方法 12 2.5.1 流場可視化 12 2.5.2 EN14175-7:2012追蹤氣體測試法 13 2.5.3 ANSI/ASHRAE 110-1995追蹤氣體測試法 13 第三章 穩態流場可視化 14 3.1 中央對稱面 x = 0 14 3.1.1 櫃內流場 14 3.1.2 氣簾 15 3.1.3 櫃門BSC內部流場 15 3.2 右側截面 x = 33 cm 16 3.2.1 櫃內流場 16 3.2.2 氣簾 16 3.2.3 櫃門BSC內部流場 17 3.3 右側截面 x = 60 cm 17 3.3.1 櫃內流場 17 3.3.2 櫃門BSC內部流場 18 3.4 水平截面 z = 15 cm 18 3.4.1 無設置導流板 18 3.4.2 設置導流板 19 3.5 水平截面 z = 45 cm 20 3.5.1 無設置導流板 20 3.5.2 設置導流板 20 3.6 局部流場 21 3.6.1 門檻BSC 21 3.6.1 右壁BSC 21 3.6.2 右側無設置導流板 22 3.6.3 右側設置導流板 22 3.6.4 右側導流板後方渦旋形態 23 3.7 設置假人 23 3.7.1 櫃門開度H = 50 cm 23 3.7.2 櫃門開度H = 55 cm 24 3.7.3 櫃門開度H = 60 cm 24 3.8 流場特徵比較 25 第四章 動態流場可視化 27 4.1 流場衍化 27 4.2 流場特徵比較 29 第五章 強健度流場可視化 30 5.1 中央對稱面 x = 0 30 5.2 右側截面 x = 33 cm 32 5.3 右側截面 x = 60 cm 34 5.4 水平面 z = 15 cm 36 5.5 水平面 z = 45 cm 38 5.6 流場特徵比較 40 第六章 歐洲標準洩漏濃度測試 41 6.1 內部量測面測試 41 6.1.1 測試方法 41 6.1.2 測試結果 42 6.2 外部量測面測試 42 6.2.1 測試方法 43 6.2.2 測試結果 44 6.3 強健度測試 44 6.3.1 測試方法 45 6.3.2 測試結果 45 6.4 洩漏特性比較 47 第七章 美國標準洩漏濃度測試 48 7.1 追蹤氣體測試 48 7.1.1 測試方法 48 7.1.2 測試結果 49 7.2 洩漏特性比較 50 第八章 討論 52 8.1 穩態流場可視化 52 8.2 追蹤氣體測試法 53 8.2.1 歐洲標準洩漏濃度測試 53 8.2.2 美國標準洩漏濃度測試 54 第九章 結論 56 9.1 結論 56 9.2 建議 58 參考文獻 59 

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無法下載圖示 全文公開日期 2020/07/14 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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