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    一种洁净自动仓库气流组织的建模和优化

      信息来源:   发布时间:2021-08-05  点击数:

    1 研究内容及方法

    目前在国内的大部分液晶面板厂分布着很多暂存面板的洁净自动化立体仓库,针对这些仓库来说由于这些面板待做工艺最终形成液晶面板,因此对于它们的洁净度要求非常高。而洁净度的保持主要依靠洁净立体仓库内部的风机(EFU,Equipment Filter Unit)和立体仓库内部起重机的低发沉特性来保持。本文主要探讨立体仓库内部EFU的分布布置对洁净自动化立体仓库洁净度的影响。通过软件仿真找出影响气流的影响因素,并通过这些因素调节仓库内部的洁净度,进而在现场实测对比相关数据进行例证。

    为了准确地进行分析,以一种掩膜板自动化立体仓库为例,分别对EFU的风量、回风格栅地板的开孔率以及隔断的位置等进行分析,并且以现场实际设计资料作为基础进行讨论。

    分析上首先采用Solid Works建模,然后应用附带fluent simulation进行分析,对4面体划分网格,最后输入相关边界条件进行分析[1]

    2 研究的理论背景

    目前关于洁净室的建造越来越趋向于大型化,面板尺寸越来越大,超洁净度要求也越来越高,但在生产过程中产生了无法预知的发沉源。粉尘颗粒的产生会影响产品的良率,因此如何调整立体仓库内部的气流从而控制洁净度是当前面临的课题。流体流动会遵守基本的物理方程:质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律,一般认为非稳态的连续性方程与Navier-Stokes方程适用于瞬时运动。

    3 模拟内容及实测结果

    3.1 模型区域及网格化

    现场实测内容为光罩盒自动搬运自动化立体仓库,大小为长16.5 m、宽7.3 m、高6.5 m,自动化立体仓库棚顶部布置有EFU洁净风机,布置率为50%,侧面同样布满EFU洁净风机,布置率初步规划为100%。在底部布置有高价地板以及华夫空洞板,排空率为50%。EFU风机风速初步规划为0.5 m/s,并且具有一个搬入搬出port口。

    3.2 流体计算模型选择

    对气流场模拟计算条件做如下的假设:壁面无滑移假设及气流源垂直于EFU风扇口出风口的假设[2]

    3.3 模拟参数设置

    在洁净立体仓库内部的流体为大气,模拟过程设定内部气体温度为洁净间内常温条件24°,气流场模拟采用Solid Works中的Flow simulation模块进行,端流模型采用k-ε模型,EFU风扇出风口设为上位入口以及侧位入口。选择压力-速度耦合求解算法,离散格式设为二阶精度,参考压力设定为标准大气压用Hybrid Initiaization初始化。并且以此作为边界条件进行模拟[3]

    3.4 模拟结果和分析

    分别对EFU进入口速度设置为0.2、0.4、0.6 m/s和下风口不同开孔率的气流速度进行模拟,并探究其影响规律。开孔率以20%、30%、40%、50%进行模拟,这样每针对一种EFU风速便会选择一种开孔率进行模拟,共计模拟12种组合。

    下页图1为EFU气流速度为0.4 m/s、下方开孔率为30%时的气流速度矢量图及在自动化立体库位中心部分即port口位置的截面图,x轴位置为8.5 m。由模拟结果可以看出:EFU风速分别为0.2、0.4、0.6 m/s时,随着气流速度的增加,气流场分布特性基本一致,流场速度显著提高。

    图1 获得气流模拟结果及截面图

    图1 获得气流模拟结果及截面图   下载原图


    3.5 实验验证

    在国内某一液晶面板厂中,用一光罩自动化立体仓库作为验证对象,实验条件的设定和模拟设定保持一致。因为在面板厂中,高价地板的开孔率是固定的,因此测定在不同风速下,在固定点的气流速度,以及通过查看颗粒度的情况,来判断该洁净立体仓库的气流设计是否合理。随着EFU风机转速的提高,在洁净立体仓库内部各个位置的风速都会有显著的升高。当开孔率为30%、风机风速控制在0.4 m/s的情况下,测试数据基本上与Solid Works模拟数值相吻合。风机转速不同时,立体仓库内部的风速情况。

    4 结论

    1)本文建立了气流模拟控制的理论分析模型,该模型是以“质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律”为基础展开的模型,在展开过程中考虑了紊流模型的相关性。

    2)通过Solid Works模拟了不同风速下洁净立体仓库内部的气流状态,该立体仓库内部随着EFU风机风速的升高而内部流场风速也会持续升高,并且在定风速时随着开孔率的提高,内部流场的风速也会相应提高,实验结果符合模拟数值。因此在洁净间内的洁净立体仓库中,提高布置在仓库外部的EFU风机风速,提高布置率,并且条件允许的情况下提升仓库地面的开孔率,可以显著改善内部流场的速度,进而提高立体仓库内部的换气次数,从而提升内部的洁净等级,从而保证了保存产品的洁净度。

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