Untersuchungen und Simulationen zur Belüftung in Reinräumen

PROJEKTDATEN

• Kunden: ICLOS
• Datum: 2025
• Technologie: CFD-Simulation

   

EINLEITUNG

In diesem Projekt werden die Luftströmungsmuster und -bewegungen in einer Reihe von Reinräumen innerhalb eines Laborkomplexes analysiert. Ziel ist es, Risiken bereits in der Planungsphase zu erkennen, um Luftstauzonen oder starke Luftumwälzungen in den Räumen zu vermeiden. Für das Projekt wurde die Software ScStream von MSC Cradle eingesetzt.  

CFD-MODELLE

Zunächst erstellen wir anhand der Pläne und der Daten der Einrichtungsgegenstände, die aufgrund ihrer Größe den Luftstrom beeinflussen, eine Geometrie des Raums. Anschließend konfigurieren wir das CFD-Modell mit den im Entwurf festgelegten Zu- und Abluftbedingungen unter Berücksichtigung des im Lüftungssystem vorgesehenen Durchflussausgleichs. Zudem müssen wir ein Turbulenzmodell auswählen, das es ermöglicht, die für die Studie relevanten Phänomene mit einem geeigneten Gitter abzubilden. Schließlich wählen wir das für die Simulation zu verwendende Gitter aus. Für dieses Projekt verwenden wir ein kartesisches Gitter, das erhebliche rechnerische Vorteile bietet und es uns ermöglicht, einen angemessenen Verfeinerungsgrad festzulegen. Die folgende Abbildung zeigt eine Gesamtansicht des verwendeten Gitters:  

STUDIE ZUR LUFTSTRÖMUNG IN REINRAUMEN

Nachdem wir die Modelle definiert haben, können wir die verschiedenen Fallstudien berechnen, indem wir die Gleichungen, die die Luftbewegung beschreiben, numerisch lösen. Sobald die Berechnungen der Modelle abgeschlossen sind, fahren wir in der Nachbearbeitungsphase mit der Auswertung der Ergebnisse fort. Zunächst untersuchen wir die Geschwindigkeitskarten und die Strömungslinien, die in den verschiedenen Räumen ermittelt wurden. In diesen Fällen wollen wir sicherstellen, dass die Strömungslinien direkte Wege von der Zufuhr zum Rücklauf aufweisen, um Rückführungen zu vermeiden, die die Arbeitsbereiche beeinträchtigen könnten. Anhand der Geschwindigkeitskarten überprüfen wir zudem, dass keine Bereiche ohne Luftbewegung vorhanden sind, in denen es zu lokalen Luftwechselmangel kommen könnte. Wir verwenden auch andere Messgrößen wie den Ansaugindex jedes Rücklaufs, der es uns ermöglicht, zu ermitteln, aus welchen Teilen des Raums jede Absaugung Luft ansaugt, um zu beurteilen, ob die geometrische Anordnung angemessen ist. Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für Strömungslinien, die von einer der Zuluftstellen des Raums ausgehen und die wir nutzen können, um das Luftverhalten in diesem Bereich zu untersuchen.      

IDENTIFIZIERUNG KRITISCHER BEREICHE: RAUCHTESTSIMULATION

Schließlich verwenden wir eine Tracer-Visualisierung, um das Verhalten jedes Reinraums bei einem Test mit harmlosem Rauch annähernd darzustellen. Diese Visualisierung ist äußerst nützlich, um das Ergebnis eines potenziellen Tests vorherzusagen und die festgestellten Probleme zu beheben, bevor der eigentliche Test durchgeführt wird. Die folgende Abbildung zeigt einige Bilder aus dem simulierten Rauch-Test, der in einem der Reinräume durchgeführt wurde: