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研究生: 洪振雄
Chen-Hsiung Hung
論文名稱: 氣簾式生物安全櫃的流場特性
Flow Characteristics of Air-curtain Biological Safety Cabinet
指導教授: 黃榮芳
Rong-Fang Huang
口試委員: 張家和
Chia-Ho Chang
葉啟南
Chi-Nan Yeh
劉昌煥
Chang-Huan Liu
楊騰芳
Teng-Fang Yang
孫珍理
Chen-Li Sun
陳明志
Ming-Jyh Chern
唐永新
Yeong-Shin Tarng
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 176
中文關鍵詞: 生物安全櫃流場觀察氣簾式生物安全櫃
外文關鍵詞: Biosafety Canbinetry, Flow Visualization, Air curtain-Isolated Fume Hood.
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  • 本研究以流體力學的觀點,發展一氣簾阻截式生物安全櫃,並使用雷射煙霧流場可視化法、壓力診測法及雷射測速儀探討參數變化對流場狀態的影響,因而完成此一新型生物安全櫃之操作特性與範圍。將傳統生物安全櫃之櫃門改裝為可以提供一道二維吹氣噴嘴的機構,並於門檻背後設一道下吸式槽縫,當噴嘴與吸氣槽縫適當的運作時,可使櫃門開口處形成一道空氣簾幕,以此來加強防護櫃內污染物不洩漏至外界的能力。為了瞭解生物安全櫃在運作時,櫃內及櫃門附近的流場型態,使用雷射光頁配合煙霧釋放流場可視化實驗技術進行流場診測研究,分析流場型態,推測造成櫃內污染物洩漏原因,並尋求可能的理想操作模態。吹氣速度、補氣速度、吸氣速度、櫃門開度等四項為影響氣簾式生物安全櫃流場的主要參數。由流場可視化實驗中,可以辨識出,氣簾的行為可以表現為(1)輕微內凹、(2)嚴重內凹、(3)筆直、(4)擺動模態四種特徵模態區域。在櫃內以煙霧釋放器釋放煙霧(模擬污染物的釋出),可以觀察到,當操作狀態使得氣簾特徵模態為輕微內凹模態時,櫃內與櫃外無迴流現象產生,且櫃內氣流非常平順的被導入門檻後之吸氣槽縫。另外,針對這四種流場特徵模態進行櫃內靜壓量測的結果得知,當操作狀態使得氣簾特徵模態為輕微內凹模態時,櫃內靜壓可以達到輕微低於外界壓力的狀態。基於過去對氣簾式化學氣櫃之研究經驗,在這四種特徵模態中,輕微內凹模態可能會是最佳的操作區域。當操作在輕微內凹模態時,內部污染物質在櫃門靜態、櫃門運動及側風影響的狀態下,可能可以有很好的污染物移除效率以及極低的洩漏。


    This thesis describes the experimental analysis of applying the air curtain isolation technique to the containment enhancement of the biological safety cabinet. The sash is remodeled to be able to provide a two-dimensional slot jet and a suction slot is installed just behind the doorsill. By this arrangement, an air-curtain, based on the push/pull principle, can be set up across the sash opening. The laser-assisted flow visualization method, laser Doppler velocimetry, and in-cabinet pressure measurements are performed to identify the characteristic flow modes of the air curtain and the pressure variation in the biological safety cabinet. Four characteristic flow modes of the air curtain, (1) slightly concave curtain, (2) severly concave curtain, (3) straight curtain, and (4) oscillating curtain, are identified. The slightly concave curtain shows stable flow field and smooth flow pattern in the cabinet. The prominent feature is that no recirculation flow structures are found. The in-cabinet pressure measurements show slightly negative pressure appearing in the cabinet when the biological safety cabinet is operated in the regime of slightly concave curtain. According to the previous experience of the research and development of the air-curtain-isolated chemical fume hood, operating the cabinet in the regime of the slightly concave curtain may be a good choice to attain high containment efficiency and low leakage level.

    摘要……………………………………………………………………………………… i Abstract………………………………………………………………………………… ii 目錄……………………………………………………………………………………… iii 符號索引………………………………………………………………………………… v 表圖索引………………………………………………………………………………… vi 第一章 緒論…………………………………………………………………………… 1 1.1 研究動機…………………………………………………………………… 1 1.2 文獻回顧…………………………………………………………………… 2 第二章 實驗設備、儀器與方法……………………………………………………… 6 2.1 實驗設備…………………………………………………………………… 6 2.1.1 氣簾式生物安全櫃……………………………………………… 6 2.1.2 HEPA過濾器….…………………………………………………… 7 2.1.3 抽氣機…………………………………………………………… 7 2.1.4 煙霧微粒產生系統與微粒特性………………………………… 8 2.1.5 雷射光頁產生器………………………………………………… 10 2.1.6 數位相機………………………………………………………… 10 2.1.7 數位攝影機……………………………………………………… 10 2.1.8 往復式調速平板移動機構……………………………………… 11 2.2 量測儀器…………………………………………………………………… 11 2.2.1 文氏管流量計………………………………………………………11 2.2.2 壓力轉換器…………………………………………………………11 2.2.3 風速轉換器(velocity transducer)…………………………….12 2.2.4 浮子式流量計………………………………………………………12 2.2.5 Malvern粒徑測量儀……………………………………………….12 2.2.6 雷射都卜勒測速儀(Laser Doppler Velocimetry, LDV)………13 2.2.7 移動機構……………………………………………………………14 2.3 實驗方法…………………………………………………………………… 14 第三章 雷射煙霧流場可視化結果………………………………………………………16 3.1 穩態流場特性與模態……………………………………………………… 16 3.1.1 流場模態……………………………………………………………16 3.1.2 特性區域……………………………………………………………21 3.2 安全櫃內置放煙霧釋放器模擬污染物釋放之流場觀察………………… 21 3.3 安全櫃門檻上緣的流場…………………………………………………… 22 3.4 邊壁附近的氣簾流場……………………………………………………… 23 第四章 櫃內流場量化特徵………………………………………………………………25 4.1 二維雷射都卜勒測速儀量測櫃內流場特性……………………………… 25 4.1.1 筆直模態之櫃內流場特性…………………………………………25 4.1.2 輕微內凹模態之櫃內流場特性……………………………………26 4.1.3 嚴重內凹模態之櫃內流場特性……………………………………27 4.2 二維雷射都卜勒測速儀量測櫃內流場紊流強度………………………… 27 4.2.1 筆直模態之櫃內紊流強度分析……………………………………28 4.2.2 輕微內凹模態之櫃內紊流強度分析………………………………28 4.2.3 嚴重內凹模態之櫃內紊流強度分析………………………………29 第五章 櫃內壓力變化……………………………………………………………………30 5.1 各模態下之櫃內壓力變化………………………………………………… 30 5.1.1 於搖擺模態下之櫃內壓力變化特性………………………………31 5.1.2 於筆直模態下之櫃內壓力變化特性………………………………31 5.1.3 於輕微內凹模態下之櫃內壓力變化特性…………………………31 5.1.4 於嚴重內凹模態下之櫃內壓力變化特性…………………………31 5.2 可能之應用………………………………………………………………… 32 第六章 櫃門開啟時的流場可視化………………………………………………………33 6.1 於搖擺模態時櫃門開啟時之流場特性…………………………………… 33 6.2 於筆直模態時櫃門開啟時之流場特性…………………………………… 34 6.3 於輕微內凹模態時櫃門開啟時之流場特性……………………………… 35 6.4 於嚴重內凹模態時櫃門開啟時之流場特性……………………………… 36 第七章 受側風干擾時的流場可視化……………………………………………………37 7.1 於搖擺模態時受櫃外移動物件干擾的氣簾流場………………………… 37 7.2 於筆直模態時受櫃外移動物件干擾的氣簾流場………………………… 38 7.3 於輕微內凹模態時受櫃外移動物件干擾的氣簾流場…………………… 39 7.4 於嚴重內凹模態時受櫃外移動物件干擾的氣簾流場…………………… 41 第八章 結論與建議………………………………………………………………………43 8.1 結論………………………………………………………………………… 43 8.2 建議………………………………………………………………………… 44 參考文獻………………………………………………………………………………… 45 附錄……………………………………………………………………………………… 175

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    [29]行政院勞工委員會,有機溶劑中毒預防規則,台北,2003。
    [30]行政院勞工委員會,特定化學物質危害預防標準,行政院勞工委員會,台北,2001。
    [31]行政院勞工委員會,鉛中毒預防規則,行政院勞工委員會,台北,2002。
    [32]行政院勞工委員會,粉塵危害預防標準,行政院勞工委員會,台北,2003。
    [33]勞委會勞工安全衛生研究所,崗亭式氣罩設計規範研究,勞委會勞工安全衛生研究所研究報告,IOSH93-H101, 2004。
    [34]勞委會勞工安全衛生研究所,崗亭式氣罩最佳化設計研究,勞委會勞工安全衛生研究所研究報告,IOSH94-H101, 2005。
    [35]Flagan, R. C. and Seinfeld, J. H., Fundamentals of Air Pollution Engineering, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1988, pp. 290-357.
    [36]Perry, A. E. and Steiner, T. R., “Large-scale vortex structures in turbulent wakes behind bluff bodies. Part 1. Vortex formation processes,” Journal of Fluid Mechanics, Vol. 174, 1987, pp. 233-270.

    無法下載圖示 全文公開日期 2012/06/22 (校內網路)
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    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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