在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于送風(fēng)口、回風(fēng)口和室內(nèi)熱源的影響，很難準(zhǔn)確地計(jì)算室內(nèi)三維流場和速度場。雖然模型試驗(yàn)可靠，但由于試驗(yàn)周期長、價(jià)格高，難以在工程中應(yīng)用。對于這類非線性問題，計(jì)算流體力學(xué)(CFD)計(jì)算流體力學(xué)(ComputationalFluidDynamic)方法顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性能。利用CFD技術(shù)可以快速、廉價(jià)地了解室內(nèi)流場、溫度場和濃度場的分布特征，為合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供有用的參考資料。目前，國外許多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和施工單位已將CFD模擬技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)預(yù)測，特別是電影院、建筑大廳等空間設(shè)計(jì)預(yù)測。

對于計(jì)算流體力學(xué)，描述流體物理現(xiàn)象的基本方程(運(yùn)動方程、質(zhì)量守恒、能量守恒等聯(lián)立偏微分方程)。并進(jìn)行了數(shù)值模擬。離散對象是作為自變量的時間和空間變量，并得到了相應(yīng)的參數(shù)，如速度、溫度、濃度、壓力等。離散化(時間和空間分割)直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的能力(計(jì)算速度、內(nèi)存容量)。分割越細(xì)，計(jì)算機(jī)的能力越高(仿真精度也相對較高)。本文采用CFD方法對一級潔凈手術(shù)室的流場和溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬。

1.模擬實(shí)例背景

本文模擬的手術(shù)室是根據(jù)2000年10月頒布的《醫(yī)院潔凈手術(shù)科室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)設(shè)計(jì)的一級潔凈手術(shù)室，整個模型是根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》和文獻(xiàn)[1]中手術(shù)室典型配置的要求設(shè)計(jì)的。根據(jù)我國科研成果和運(yùn)行實(shí)踐，標(biāo)準(zhǔn)提出了以主流區(qū)為工作區(qū)，風(fēng)口布置在操作床正上方，采用月XII集中送風(fēng)方式，有效保護(hù)潔凈氣流重點(diǎn)區(qū)域的技術(shù)思路標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)部位的保護(hù)意識，將最潔凈的空氣送到重點(diǎn)部位。 為此，將手術(shù)室分為手術(shù)區(qū)和周邊區(qū)，并分別給出指標(biāo)。 手術(shù)區(qū)域的劃分取決于手術(shù)室的等級要求。本文模擬的一級潔凈手術(shù)室，按標(biāo)準(zhǔn)要求，風(fēng)口面積為2.4x2.6=6.24m2。 這種情況下，采用手術(shù)室頂棚送風(fēng)，直接填充潔凈氣流的關(guān)鍵區(qū)域，切斷空氣污染的途徑，使得手術(shù)室的送風(fēng)量大大減少。

標(biāo)準(zhǔn)已開始實(shí)施，但許多人對手術(shù)室內(nèi)的流場和溫度場的分布并不十分清楚，并擔(dān)心凈化到關(guān)鍵區(qū)域所需的大風(fēng)量濃度是否會對主流區(qū)人員(如手術(shù)臺上的醫(yī)生和病人)的熱舒適性產(chǎn)生負(fù)面影響[2]；主流區(qū)的氣流是否會確保主流區(qū)的氣流在動態(tài)時不會吹向醫(yī)務(wù)人員。"針對上述情況，本文對標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級潔凈手術(shù)室在動態(tài)工況下的流場和溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。

二、幾何模型

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，工作區(qū)高度(空狀態(tài)下距地面0.8m)的風(fēng)速應(yīng)控制在0.25m-0.30m之間，因此集中送風(fēng)口的送風(fēng)速度為0.46m/s[4l，送風(fēng)量為10300m3/h，約72次，而采用工業(yè)潔凈室設(shè)計(jì)思想的100級手術(shù)室需要數(shù)百次通風(fēng)量。"本文對手術(shù)室的流場和溫度場進(jìn)行了模擬，并對動態(tài)手術(shù)室的氣流控制效果進(jìn)行了分析。其幾何模型如圖1所示。房間尺寸XxYxZ=8x3x6m；風(fēng)口2.6x2.4m；返回空氣4.0x0.3m，底部0.1m；排氣0.4x0.4m：人體模型0.4x0.2mxL.7m；醫(yī)療設(shè)備0.4x0.6x0.8m；手術(shù)臺1.8X0.6X0.8m"。