【摘要】：隨著衛(wèi)生、生物、醫(yī)療事業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的生物安全柜在微生物學(xué)、動物實(shí)驗(yàn)、生物制品、基因重組等領(lǐng)域投入使用,它是實(shí)驗(yàn)室生物安全一級防護(hù)屏障中主要的安全防護(hù)設(shè)備。近年來人們對工作環(huán)境要求的提高,安全柜的噪聲問題正逐漸成為企業(yè)和消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)。本文針對安全柜的噪聲問題,對生物安全柜的流場和噪聲進(jìn)行數(shù)值模擬和研究,提出可行性降噪措施。在研究氣動聲學(xué)流場和噪聲關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了比較完善的生物安全柜氣流流場模擬的三維模型以及噪聲預(yù)測模型。安全柜模型的建立過程中做了適當(dāng)處理:離心風(fēng)機(jī)的動靜區(qū)域采用多重參考系(MRF)模型,把高效過濾膜處理為固定孔隙率的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。然后把模型導(dǎo)入FLUENT軟件中進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算得到氣流流動的流場圖,再通過FLUENT中的噪音模}DAcoustic:FW-H,經(jīng)過傅里葉快速變換(FFT)求得流動聲場的頻譜圖。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果得出,生物安全柜噪聲是離散噪聲和寬帶噪聲疊加的結(jié)果,且偶極子聲源是安全柜的主要流動噪聲源。葉輪旋轉(zhuǎn)流動區(qū)域和蝸舌附近流道流動復(fù)雜紊亂,對安全柜噪聲的作用較大屬于噪音源。導(dǎo)流板前后壁附近區(qū)域的流場不均勻不穩(wěn)定且有渦旋產(chǎn)生,導(dǎo)致噪聲場與流場發(fā)生耦合,對安全柜整體噪聲的作用較大,導(dǎo)流板是安全柜的重要構(gòu)件也是一個(gè)重要的噪音源。因此,通過改變?nèi)~輪、蝸舌、導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)形式以及調(diào)節(jié)導(dǎo)流板離風(fēng)機(jī)出口適當(dāng)距離達(dá)到降低噪聲的目的。安全柜的噪聲較高部分主要分布在離心風(fēng)機(jī)區(qū)域以及高效過濾膜以上流速較大的氣流部分,通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速來減少氣流速度以及流場的不均勻性進(jìn)而降低安全柜整體噪音。對生物安全柜進(jìn)行氣流流場與噪聲聲場的實(shí)驗(yàn)測試,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果基本吻合,進(jìn)而驗(yàn)證了安全柜模型的有效性。本文通過對生物安全柜氣流流場及噪聲的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,對安全柜等相關(guān)設(shè)備優(yōu)化分析和降噪提供了理論參考。
[Abstract]:With the rapid development of health, biology and medicine, more and more biosafety cabinets have been put into use in the fields of microbiology, animal experiments, biological products, gene recombination and so on. It is the main safety protection equipment in the primary protection barrier of laboratory biosafety. In recent years, with the improvement of the requirement of work environment, the noise problem of safety cabinet has gradually become the focus of enterprises and consumers. In this paper, the numerical simulation and research on the flow field and noise of biosafety cabinet are carried out to solve the noise problem of the safe cabinet, and the feasible measures to reduce the noise are put forward. Based on the study of the relationship between aeroacoustic flow field and noise, a perfect three-dimensional model and noise prediction model for the simulation of air flow field in biosafety cabinets are established. In the process of establishing the safety cabinet model, proper treatment has been made: the dynamic and dynamic region of centrifugal fan adopts multiple reference system (MRF) model, and the high efficiency filter membrane is treated as porous medium structure with fixed porosity. Then the model is imported into the FLUENT software and the flow field diagram is obtained by numerical simulation. Then the frequency spectrum of the flow sound field is obtained by Fourier transform (FFT) through the noise mode} DAcoustic:FW-H, in FLUENT. According to the numerical simulation results, it is found that the biosafety cabinet noise is the superposition of discrete noise and wide band noise, and the dipole source is the main flow noise source of the safe cabinet. The rotating flow area of impeller and the flow around the worm tongue are complicated, and the noise effect on the safe cabinet belongs to the noise source. The flow field near the front and back wall of the diversion plate is not uniform, unstable and vortex, which leads to the coupling of the noise field and the flow field, which has a great effect on the overall noise of the safety cabinet. The diversion plate is also an important component of the safety cabinet and an important noise source. Therefore, the noise reduction can be achieved by changing the structure of the impeller, worm tongue and guide plate and adjusting the distance between the draft plate and the outlet of the fan. The high noise part of the safety cabinet is mainly distributed in the area of centrifugal fan and the air flow part above the high efficiency filtration membrane. By adjusting the appropriate speed of the fan to reduce the airflow velocity and the non-uniformity of the flow field, the overall noise of the safety cabinet can be reduced. The experimental results of air flow field and noise field in biosafety cabinet are in good agreement with the simulation results, and the validity of the safety cabinet model is verified. Through numerical simulation and experimental study of air flow field and noise in biosafety cabinets, this paper provides a theoretical reference for optimization analysis and noise reduction of safety cabinets and other related equipment.
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH79

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本文編號：2455902