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研究生: 謝旻翰
Min-han Hsieh
論文名稱: 風機濾網機組之流場數值分析
Numerical Study of a 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
鄭培璿
pei-hsuan cheng
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 257
中文關鍵詞: 風機濾網機組數值分析性能
外文關鍵詞: FFU, CFD, aerodynamic performance
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為滿足潔淨室流場均勻及能耗降低的需求,本研究將針對其送風系統設備FFU來進行改良,使其具備高性能、高效率、及出風高均勻度等要求,首先參考AMCA 210-99之實驗規範對FFU進行性能量測,確定模擬與實驗結果具一致性後,再藉由流場可視化功能探討其內部流場缺失,並根據流場缺失提出可行的改善方案。改善的參數包括有葉片護罩、入口圓錐體、中心體、翼形葉片、內部流道、及出口等部分,模擬結果顯示原型FFU經葉片護罩、入口圓錐體、中心體、與翼形葉片等部分的改良之後,性能方面最大流量比原型FFU多出了10%,最大靜壓也提升了2.5%,而效率方面最高效率點的值也比原型FFU高出約10%左右,緊接著加入流道與出口部分的改良設計,藉此改善流道開口逆流與出風口氣流不均勻等現象,改善之後雖會使先前性能提升的幅度產生些許下降,但出風口正向流出區域的面積比例從原來36.2%增加到61.5%,且與原型FFU相比性能方面最大流量仍有4.2%的增加,最大靜壓有7.2%的增加,而效率方面最高效率點的值也還有將近8%的提升,整體來看各方面都比原型FFU優異許多。如此修正與改善原型FFU之設計,可提供一套具系統化與科學性的分析結果,作為將來生產製造時的建議及參考依據。


This numerical research aims to investigate the flow field associated with FFU (fan filter unit) system for enhancing the uniform distribution at discharge and its efficiency, which are essential for fulfilling the requirements on uniform flow distribution and operation cost reduction for the clean room. At first the FFU is tested at an AMCA wind tunnel to attain the aerodynamic performance, which is used to compare and validate the corresponding numerical simulation. Next, the CFD result is utilized to visualize and identify the shortcoming of flow field inside the FFU. Based on these deficiencies, the improving alternatives considered here can be classified into the flow-path-related modifications and the rotor-related parameters, such as the shapes of shroud and inlet bell, the reducing height of rotor, and the additions of central body and airfoil blade. With the implement of these rotor-related modifications, the maximum flow rate, static pressure, and maximum efficiency are increased by 10%, 2.5%, and 10%, respectively. Thereafter, further improvements along the flow passage, such as the open area reduction on the original guiding plate and the addition of porous guiding plate close to FFU side plates, are adopted to reduce the reversed flow at open area on the guiding plate and to enhance the uniform velocity distribution at FFU discharge. An enhancement on uniform distribution is well demonstrated by increasing the effective area ratio at FFU outlet from 36.2% to 61.5%. In summary, this research successfully establishes a systematic and effective design scheme for the fan filter unit (FFU) via an integrated experimental and CFD effort.

中文摘要 I 英文摘要 II 致謝 III 目錄 IV 圖索引 VIII 表索引 XIII 符號索引 XIV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 6 1.2.1 FFU結構研究 7 1.2.2 離心式風機性能研究 11 1.2.3 離心式風機噪音控制 16 1.2.4 數值模擬 20 1.3 研究動機與方法 23 第二章 FFU簡介與測試 28 2.1 FFU之簡介 28 2.1.1 FFU之起源 28 2.1.2 FFU之構造 32 2.1.3 FFU之優勢 37 2.2 FFU之測試 38 2.2.1 性能量測設備 39 2.2.2 性能量測結果 39 2.2.3 噪音量測設備與環境 48 2.2.4 噪音量測結果 51 第三章 數值方法 53 3.1 統御方程式 54 3.2 紊流模式 56 3.2.1 k-ε紊流方程式 57 3.2.2 紊流模式其壁面處理方式 60 3.3 邊界條件設定 64 3.4 數值計算方法 65 3.4.1求解流程 65 3.4.2離散方法 68 3.4.3 速度與壓力耦合 74 3.5 網格品質 79 3.6 性能模擬之驗證 85 第四章 原型結構與數值結果比較 91 4.1 FFU之結構比較 91 4.2 模型網格之建立 111 4.3 數值結果之比較 114 第五章 原型風機流場比較 118 5.1 入口區域 118 5.2 葉輪主體 123 5.2.1 A風機葉輪 123 5.2.2 B風機葉輪 132 5.2.3 C風機葉輪 138 5.3 內部流道 148 5.3.1 A風機流道 148 5.3.2 B風機流道 160 5.3.3 C風機流道 170 5.4 出口區域 175 5.5 A風機之流場缺失與改善方案 179 5.5.1 流場之缺失整理 179 5.5.2 改善方案之擬定 181 第六章 FFU改善設計之結果與討論 183 6.1 風機性能與效率改善結果 183 6.1.1 葉片護罩 184 6.1.2 入口圓錐體 190 6.1.3 葉輪中心體 198 6.1.4翼形葉片 203 6.2 流道及出口改善結果 208 6.3 整體改善結果 216 第七章 結論與建議 222 7.1 結論 222 7.2 建議 227 參考文獻 230 作者簡介 237

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