A Study on Flow Distribution in a Clean Room with Multiple Exits

다수의 출구를 가지는 크린룸 내부의 기류분포에 관한 연구

Since conventional computer program is workable only with velocity boundary condition, in practical fluid passage such as clean room which usually have wide inlets and outlets, it is not easy to measure velocity itself because of its vector property. Furthermore a certain assumption of velocity at boundaries may lead to physically unreasonable results. From this motivation, we have developed a computer program to predict whole flow field imposed on pressure-based boundary condition which can be measured by relatively simple method. The only additional velocity boundary condition that should be imposed on to make the problem unique, are no slip condition at all walls and zero cross stream velocity at inlet. The result of present study was compared with that by Bernoulli equation being used practically. They were coincident well each other within 5%, therefore the validity of the present method is proved. In the present work, the flow field in a clean room subject to pressure-based boundary conditions at an inlet and two exits was predicted numerically. The pressure difference between the inlet and the left exit which keeps relatively low pressure among two exits is fixed as 150[Pa] and the pressure at the right exit is varied from zero to 150[Pa] by the increment of 25[Pa]. For each cases the flow characteristics in the clean room, the velocity profile at the inlet, and the flow rate through the two exits was predicted. The flow rate through the right exit imposed on relatively higher pressure than the left exit decreased linearly according to the increase of pressure of the right exit. When the pressure of the right exit is increased enough to cause back flow at the exit, the flow rate is rapidly decreased.

종래의 전통적인 컴퓨터 프로그램에서는 속도 경계조건만을 처리할 수 있으며, 크린룸에서와 같이 넓은 출입구가 존재하는 실제적인 유동통로에서 이 속도 경계조건을 부여하기 위한 실제 속도의 측정은 간단하지 않다. 그렇다고 경계에서의 속도 분포를 가정하는 것은 물리적으로 타당하지 않는 상황을 의미할 수도 있다. 이러한 동기에서 본 연구에서는 비교적 측정이 쉬운 압력이 경계조건으로 알려졌을 때 공간 내부의 유동을 예측할 수 있는 컴퓨터 프로그램을 고안하여 문제를 해석하였다. 여기에서의 속도 경계조건은 다만 점착조건과 문제를 확정시키기 위하여 입구에서의 단면 방향 속도를 영으로 둔 것 뿐이다. 본 연구의 결과는 실용적으로 많이 이용되고 있는 간단한 Bernoulli 방정식에 의한 예측치와 비교되었으며 5% 이내의 차이로 정량적인 일치를 보았으며 이로써 본 연구의 타당성을 입증할 수 있었다. 본 연구에서는 유입구와 2개의 유출구에 압력경계조건이 부여된 크린룸 내부의 공기유동을 수치적으로 예측하고자 하였다. 유입구의 정압이 상대적으로 낮은 값을 가지는 왼쪽 유출구의 정압보다 150[Pa] 높은 경우에 왼쪽 유출구의 정압은 고정시키고 오른쪽 유출구의 정압을 0~150[Pa] 범위에서 25[Pa] 간격으로 변화시켜가면서 각 경우에 대한 크린룸내부의 유동특성과 유입구의 속도분포 그리고 2개 유출구에서의 유량분배와 크린룸 내부의 유동특성을 예측하였다. 상대적으로 높은 정압이 부여된 오른쪽 유출구로의 유량배분은 이 유출구에 부여되는 정압이 커짐에 따라 선형적으로 감소되었으나 유입구에서 역류가 형성될 수 있을 만큼 정압이 증가된 후에는 유량배분이 급격히 감소되었다.