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生物安全柜在生物实验室中的流场分析

发布时间:2020-04-13 16:44所属平台:学报论文发表浏览:

摘要Ⅱ级生物安全柜(以下简称安全柜)是生物安全实验室(以下简称实验室)内重要的设备,两者共同作用,达到人员保护、污染控制的目的。对于实验室和安全柜又各有其运行要求,特别是气流,两者之间可能会存在互相影响和干扰。采用CFD分析的方法对此类问题进行建

  摘要Ⅱ级生物安全柜(以下简称安全柜)是生物安全实验室(以下简称“实验室”)内重要的设备,两者共同作用,达到人员保护、污染控制的目的。对于实验室和安全柜又各有其运行要求,特别是气流,两者之间可能会存在互相影响和干扰。采用CFD分析的方法对此类问题进行建造实验室之前的评估与后期的验证,以得到一些有效的建议。

  关键词生物安全柜;生物实验室;气流干扰与影响;CFD分析

生物安全学报

  0引言

  实验室是通过防护屏障和一系列安全措施防止有害(或未知)生物因子的扩散。而通过控制实验室和安全柜的气流是一种有效的物理屏障防护措施之一。在有些实验室,由于各方面的气流参数的有效设定和布局欠完善,往往造成以下问题:①当使用安全柜时会影响实验室气流分布。②实验室通风系统运行时会影响安全柜的正常使用。从而造成不安全或危害的扩散。以上两种情况的出现有前期规划、设计、建造的因素,也有后期运行、管理的原因。如何避免上述情况的发生?目前较有效的方法之一是通过CFD(ComputationalFluidDynamics,计算流体动力学)技术进行“事前”分析,以便能安全地使用。

  1安全柜对实验室的影响情况

  实验室建造是一项综合性工程,其技术涉及各个方面和领域。内部的气流流向和气流的过滤处理是重要环节之一。安全柜的布局和使用对实验室的影响是一个不可忽视的问题,甚至可能会对实验室部分技术指标或性能产生影响。本章节对实验室最常用的A2型和B2型这两种类型的安全柜做多截面的气流分析。

  1.1安全柜对实验室气流组织的影响

  安全柜的存在对实验室气流组织的影响问题,我们可以采用CFD技术进行分析。同时对安全柜的两种放置状态及两种类型安全柜进行分别模拟建模。

  1.1.1当安全柜处于实验室气流下游时分析

  安全柜处于实验室靠近回风口附近,简称的“下游”区域,安全柜处于未开启状态(此状态下,A2与B2型安全柜对室内气流组织的影响相同),对实验室气流组合进行断面取样截面,并对其进行观察。对取样截面分别命名为:A取样截面,位于实验室回风口高度位置B取样截面,位于安全柜前窗操作口高度位置C取样截面,位于安全柜顶部排风位置。

  1)以安全柜未开启运行状态。当安全柜未开启时,在取样截面上实验室气流组织分布均匀稳定,从送风口位置至回风口位置,气流是定向流动的形式,此状态是实验室气流比较理想的状态。当安全柜处于开启时,则会对其有很大的影响,由于A2型安全柜与B2型安全柜的不同,需要分别对其验证。

  当A2型安全柜开启后,在C取样截面上实验室气流组织依然保持比较均匀的状态,气流定向流动趋势不变;安全柜前窗操作口附近也未有“突变”气流对安全柜进行干扰;在安全柜顶部排风区域虽有较高的排风气流,但由于此气流组织处于回风口区域,对实验室整体影响有限。3)以B2型安全柜开启运行状态(此状态下,安全柜进风在室内,排风通过管道至室外),进行CFD分析。

  当B2型安全柜开启后,在B、C取样截面上实验室气流受B2安全柜的影响较大,但由于安全柜处于“下游”位置,其影响被控制在回风区域的有限范围内,未对实验室整体的气流流向造成破坏性的影响。因此根据以上CFD分析的结果可说明,在实验室具有定向气流组织的情况下,安全柜位于定向气流的“下游”,其对实验室的影响处于受控状态。

  1.1.1当安全柜处于实验室气流上游时分析

  对实验室内气流进行取样截面,当安全柜处于实验室气流“上游的流速分布。1)以安全柜未开启运行状态,当安全柜未开启时,在截面上实验室气流与处于“均匀稳定。当安全柜开启后,其影响如何,还需对A2及B2型安全柜进行分别验证。2)以A2型安全柜开启运行状态(此状态下,安全柜排风在室内),由于A2游”位置,其开启后,明显降低实验室远端回风区域的气流流速,对于形成定向气流组织是不利的,同时,在安全柜上层由排风形成的局部气流变化,可能会影响到处于“下游”区域其它设备的保护3)以B2型安全柜开启运行状态(此状态下,安全柜进风在室内,排风通过管道至室外),进行CFD分析。

  当B2型安全柜开启后,在回风区域形成气流的低速带,在安全柜操作口附近,气流扰动性增强,在顶部进风口位置,其剧烈的气流变化直接影响到“下游”区域的气流,对实验室整体的气流流向可能造成较大的影响。在实验室具有定向气流组织的情况下,安全柜位于定向气流的“上游”,无论是A2还是均可能会对定向气流有较强的影响作用,柜尤甚。

  2实验室对安全柜的影响

  当实验室中对安全柜布局恰当,使安全柜的各性能处于正常的范围时,才能使安全柜起到有效的屏障作用。

  3结语

  在建造初期对实验室的布局过CFD估有非常重要的意义,通过对安全柜与实验室的扰”可能进行评估,可以得到如下的结论:

  1)安全柜与实验室间是有着互相影响的。当实验室内有多台安全柜时,其影响可能会成倍放大,在安全柜投入使用前建议进行相关的评估。由于篇幅所限,本文未对多台安全柜的运行进行评估分析。

  2)安全柜的布置位置会影响实验室气流流向,从而影响实验室的抗污染能力,通常安全柜宜布置在实验室气流的“下游”是比较合适的。

  3)实验室的气流会因安全柜的布置位置不同,对安全柜的“安全性”造成影响,其中对柜的影响较大。

  4)安全柜使用者须了解安全柜的特性,并合理布置安全柜的位置,以保证生物污染控制的有效性和安全性。

  参考文献

  [1]GB19489-2008实验室生物安全通用要求

  [2]YY/T0569-2011生物安全柜

  [3]WHO实验室生物安全手册

  [4]许钟麟.空气洁净技术原理[M

  [5]王福军.计算流体动力学分析2004

  生物论文投稿刊物:《生物安全学报》(季刊)创刊于2010年,是由福建省科学技术协会主管、福建省昆虫学会主办的昆虫学期刊。致力于涉及生物安全领域的学科发展,聚焦于生物安全领域各学科的前沿性与前瞻性原创性研究论文和综述论文。

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《生物安全柜在生物实验室中的流场分析》

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