基于 CFD 的 TFT-LCD 厂房气流组织分析与优化

0 引言

近几年随着技术的进步和电子工艺的飞速发展，薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）技术越来越成熟，全球液晶电视市场呈现了爆发式的增长。随着产能的提高和技术的革新，洁净厂房的设计要求也越来越高。TFT-LCD 的制造向大尺寸方向发展，所需要的洁净厂房面积和跨度将会更大，在那么大跨度的洁净室使用传统的双侧回风是否能达到高洁净度等级、单向气流以及较高温湿度的要求是一个重点难题。使用计算流体力学（CFD）来进行模拟是最好的解决方法。本文以某生产厂房为研究对象，运用Airpak 软件对目标区域的气流进行仿真模拟，判断不同位置的气流组织是否满足生产要求，并对气流形式提出优化建议。

1 物理模型和数学模型

以某生产厂房的 photo 区为研究对象，其南北长度 150m，东西长度 65m，高度 14m，共有 9 台曝光机。此洁净区采用垂直单向流，顶部均布 FFU（风机过滤单元）；同时利用大量循环风，循环风（循环风经干表冷盘管冷却降温）与处理后的新风混合后，进入上部回风静压箱，经 FFU 加压、过滤后送入生产区，其气流流程如下：回风→干表冷盘管→和处理过的新风混合→FFU→生产区→开孔板 →回风夹道。回风夹道设置在南北两侧。南侧、北侧回风夹道均长61m，宽 6m。取 X=26m 为 A-A 剖面（见图 1）。本文采用 k-ε 双方程模型[2~4]进行模拟，k 方程、ε方程与能量方程、动量方程、连续方程一起构成了室内空气流动与换热的基本控制方程。即：标准 k-ε 模型，

是目前工程中应用最广、取得成果最多的模型。

2 边界条件

格构梁、回风夹道、设备尺寸及图纸为准，FFU 出风口风速取平均值设备顶部自带 FFU，风速为 0.4 m/s。和下夹层管道的影响，假定管道分别占用高度的回风夹道内的回风有效面积为 90%。

3 初始模拟结果与分析

photo 区流场模拟初步结论

（1）整个 photo 区未出现气流上返区域。

（2）距地面 1.2m 处，整体区域速度场不太均匀，拐角和狭长空间风速稍偏大；西侧设备间距小，压力偏大，会使气流向东侧偏移，建议在区域内设置挡帘，减少气流转移。东南侧气流速度偏大，建议增加回风夹道。

（3）设备层没有出现上返气流，也无涡流；典型剖面的回风夹道局部风速达到 8.31 m/s，上夹层风速达到出了合理范围，建议增加回风夹道，以减小风速。

（4）从压力分布看，压差为 250 Pa~280 Pa，超出静压箱的合理压差（力大于 FFU 机外余压），不满足送风要求。

4 优化后模拟结果与分析

在东侧新增两条回风夹道中间位置也新增一条回风夹道见图 9。

优化后 photo 区流场模拟结果

（1）整个 photo 区未出现气流上返区域。

（2）距地面 1.2 m 处，整体区域速度场不太均匀，拐角和狭长空间风速稍偏大；西侧设备间距小，气流向东侧偏移，建议在区域内设置挡帘并调整架空地板布置，减少气流转移。

（3）设备层没有出现上返气流，也无涡流；型剖面的回风夹道局部风速不超过绝大部分区域风速不超过 3。域风速不超过 4 m/s，在合理范围内。

（4）从压力分布看，压差为 50 Pa~65 Pa，满足送风要求。

5 结论

通过上述对比分析可知气流组织得到很大改善，从而可以指导设计。洁净厂房的设计过程中，当遇到预判的气流组织时，可以借助直观地计算出速度场、温度建议，从而优化设计。

                                             （CRC培训）