Luftveismotstand. Lungemotstand. Luftstrøm. laminær strømning. Turbulent strømning. Effekt av operasjonslys på laminær luftstrøm i operasjonsstuen Turbulent og laminær luftstrøm
For å redusere forurensning i høyklasses renrom brukes spesielle ventilasjonssystemer, der luftstrømmen beveger seg fra topp til bunn uten turbulens, d.v.s. laminær. Ved laminær luftstrøm spres ikke smusspartikler fra mennesker og utstyr utover i rommet, men samles opp av strømmen nær gulvet.
|
|
|
|
Luftstrømsmønster for "Turbulent Cleanroom" |
Luftstrømsmønster for "Laminar Flow Cleanroom" |
Konstruksjoner
Generelt inkluderer renrom følgende grunnleggende elementer:
omsluttende veggkonstruksjoner (rammeverk, blinde og glasserte veggpaneler, dører, vinduer);
hermetiske panel- og kassetttak med innebygde rutelys;
antistatiske gulv;
Rensone gulvbelegg Clean-Zone leveres i standardruller, for profesjonelt installert som et vegg-til-vegg gulvbelegg, og skaper en permanent og uunngåelig felle for smuss.
luftforberedelsessystem (tilførsels-, eksos- ogr, luftinntaksenheter, luftfordelere med sluttfiltre, luftkontrollenheter, sensorutstyr og automasjonselementer, etc.);
kontrollsystem for tekniske systemer for rene rom;
luft låser;
overføring vinduer;
|
Cleanroom Talk-Throughs |
filterviftemoduler for å skape rene soner inne i rene rom.
Elektronikkindustrien er en av de største forbrukerne av rene rom i verden. Renhetskravene i denne bransjen er de strengeste. Trenden med konstant vekst av disse kravene har ført til kvalitativt nye tilnærminger for å skape rene miljøer. Essensen av disse tilnærmingene er å skape isolerende teknologier, dvs. i fysisk separasjon av et visst volum ren luft fra miljøet. Denne inndelingen, som regel hermetisk, gjorde det mulig å utelukke påvirkningen fra en av de mest intense kildene til forurensning - mennesket. Bruken av isolasjonsteknologier innebærer en utbredt introduksjon av automatisering og robotikk. Bruken av rene rom i mikroelektronikk har sine egne egenskaper: kravene til luftens renhet når det gjelder aerosolpartikler kommer i forgrunnen. Det stilles også økte krav til jordingssystemet for renrom, spesielt når det gjelder å sikre fravær av statisk elektrisitet. Innen mikroelektronikk er det påkrevd å lage rene rom av høyeste renhetsklasser med perforerte forhøyede gulv for å forbedre luftstrømslinjer, d.v.s. øke den ensrettede strømmen.
Rene produksjonsanlegg bør gi forutsetninger for maksimal renslighet i produksjonen; gi isolasjon av det indre volumet; inngang til rene rom gjennom en spesiell vestibyle (gateway).
Trykket i et rent rom bør være større enn atmosfærisk trykk for å presse støv ut av rommet. I låsen blåses personellklær for å fjerne støvpartikler.
Rene rom skaper laminære luftstrømmer, og turbulente strømmer, som skapes av roterende og bevegelige deler av utstyret, er uakseptable. Det er nødvendig å sikre at det ikke er oppvarmede ting som bidrar til dannelsen av konveksjonsstrømmer.
Vanligvis brukt spaltegulv og spaltetak.
Minimalt utstyr plasseres i rene rom
Siden produksjonen av renrom er svært kostbar, brukes lokale avstøvingssoner.
En av de effektive måtene å redusere kostnadene ved å lage renromskomplekser er sonering av et renrom i lokale områder, som kan avvike fra hverandre både når det gjelder luftrenshetsklasse og funksjonelle formål (kun beskyttelse av produktet, eller beskyttelse av både produktet og miljøet).
Inne i et renrom av lav renhetsklasse kan det således opprettes rene soner med høyere renhetsklasse enn rommet der de er plassert over kritiske steder i prosessen.
Hovedformålet med rene soner:
opprettholde de spesifiserte parametrene for luftmiljøet i det lokale arbeidsområdet;
beskytte produktet mot miljøpåvirkninger.
I henhold til definisjonen gitt i GOST R ISO 14644-1-2000, er et rent område et definert rom der konsentrasjonen av luftbårne partikler kontrolleres, utformes og brukes for å minimere inntrengning, utgang og retensjon av partikler i området, og som lar andre parametere, som temperatur, fuktighet og trykk, kontrolleres etter behov.
Rene soner kan implementeres strukturelt enten som en del av det totale renromsventilasjonssystemet eller som frittstående produkter.
Den første metoden er anvendelig når plasseringen av rene soner er fastsatt på designstadiet for å skape et rent rom og ikke kan endres i hele driftsperioden, samt hvis det er nødvendig å tilføre frisk luft til arbeidsrom i en ren sone.
Den andre metoden innebærer muligheten for å endre plassering av rene soner, noe som gir flere muligheter for å endre den teknologiske prosessen og oppgradere utstyr. Samtidig kan rene soner, laget som selvstendige produkter, enten festes til renrommets bærende konstruksjoner, eller være mobile autonome produkter som kan bevege seg inne i renrommet.
|
|
|
Oftest brukes rene produksjonsforhold med minimal bruk av personell, ved bruk av halvautomatiske maskiner. Bruk ofte lokale innstillinger. Den siste tiden er det tatt i bruk klyngeinstallasjoner (cluster).
Spesifikasjoner:
1 Slutttrykk i et rent, tomt og avgasset kammer, Pa 1,33x10-3
2 Trykkgjenvinningstid 1,33x10-3 Pa, min 30
3 Arbeidskammermål, mm Diameter Høyde 900 1000
4 Antall plasmaakseleratorer med metallkatoder (SPU-M) med plasmastrømseparasjon, stk 3
5 Antall pulserende plasmaakseleratorer med grafittkatoder (IPU-S) med plasmastrømseparasjon, stk 4
6 Antall utvidede ionekilder for rengjøring og assistanse (RIF-type), stk 1
7 Underlagsvarme, 0С 250
8 Teknologisk utstyr: Enkelt planetarium, stk. Dobbel planetarisk, stk 1 1
9 Prosessgassrensesystem
10 System for kontroll og styring av den teknologiske syklusen
11 Høyvakuumpumping: to diffusjonspumper som opererer parallelt NVDM-400 med en kapasitet på 7000 l/s hver
12 For-vakuumpumping: AVR-150 for-vakuum-enhet med en kapasitet på 150 l/s
13 Maksimal elektrisk effekt forbrukt av vakuumenheten, kW, ikke mer enn 50
14 Areal okkupert av vakuumenheten, m2 25
Avhengig av metoden for ventilasjon av rommet, er det vanlig å ringe:
a) turbulent ventilert eller rom medikke-enveis luftstrøm;
b) rom med laminær eller ensrettet luftstrøm.
Merk. Det profesjonelle vokabularet er dominert av termer
"turbulent luftstrøm, laminær luftstrøm.
Kjøremoduser jeg lufter
Det er to kjøremoduser luft: laminær? og turbulent?. Laminær? modusen er preget av den ordnede bevegelsen av luftpartikler langs parallelle baner. Blanding i strømmen skjer som et resultat av interpenetrering av molekyler. I det turbulente regimet er bevegelsen av luftpartikler kaotisk, blandingen skyldes interpenetrering av individuelle luftvolumer og skjer derfor mye mer intensivt enn i det laminære regimet.
I stasjonær laminær bevegelse er luftstrømhastigheten i et punkt konstant i størrelse og retning; under turbulent bevegelse varierer størrelsen og retningen i tid.
Turbulens er en konsekvens av eksterne (introdusert i strømmen) eller interne (generert i strømmen) forstyrrelser.?. Turbulens ventilasjonsstrømmer, som regel, av intern opprinnelse. Årsaken er virveldannelse når den flyter rundt en uregelmessighet?vegger og gjenstander.
Kriteriet for grunnlag? turbulent regime er Rhea-tallet?nolds:
R e = ud / h
Hvor Og er gjennomsnittlig lufthastighet i innendørs;
D - hydraulisk? rom diameter;
D= 4S/P
S - tverrsnittsareal lokaler;
R - omkretsen av tverrgående delen av rommet;
v- kinematisk?luftviskositetskoeffisient.
Rhea-nummer? Nolds, over hvilke den turbulente bevegelsen av abutments?chivo, kalles kritisk. Til lokaler det er lik 1000-1500, for glatte rør - 2300. I lokaler luftbevegelse er vanligvis turbulent; ved filtrering(i rene rom)mulig som laminær?, og turbulent? modus.
Laminære enheter brukes i renrom og brukes til å distribuere store luftvolumer, og sørger for tilstedeværelse av spesialdesignede tak, gulvhetter og trykkkontroll i rommet. Under disse forholdene er driften av laminære strømningsfordelere garantert å gi den nødvendige ensrettede strømningen med parallelle strømningsbaner. Den høye luftutvekslingen bidrar til å opprettholde nær isotermiske forhold i tilluftstrømmen. Himlinger designet for luftdistribusjon med store luftutskiftninger, på grunn av det store arealet, gir en liten startluftstrømhastighet. Driften av gulvavtrekk og romtrykkkontroll minimerer størrelsen på resirkulasjonssonene, og prinsippet om "en passering og en utgang" fungerer enkelt. Suspenderte partikler presses mot gulvet og fjernes, slik at risikoen for resirkulering er lav.
Fotografi av laminær strømning
laminær strømning- den rolige strømmen av en væske eller gass uten blanding. Væsken eller gassen beveger seg i lag som glir mot hverandre. Når hastigheten til lagene øker, eller når viskositeten til væsken avtar, blir den laminære strømningen turbulent. For hver væske eller gass oppstår dette punktet ved et visst Reynolds-tall.
Beskrivelse
Laminære strømninger observeres enten i svært viskøse væsker, eller i strømninger som skjer ved tilstrekkelig lave hastigheter, så vel som ved sakte væskestrømmer rundt små legemer. Spesielt foregår laminære strømninger i trange (kapillær) rør, i et smøremiddellag i lagre, i et tynt grensesjikt som dannes nær overflaten av legemer når en væske eller gass strømmer rundt dem osv. Med en økning i hastigheten av denne væsken kan en laminær strømning et øyeblikk gå inn i en uordnet turbulent strømning. I dette tilfellet endres kraften til motstand mot bevegelse kraftig. Væskestrømningsregimet er preget av det såkalte Reynolds-tallet (Re).
Når verdien Re mindre enn et visst kritisk antall Re kp , laminære væskestrømmer finner sted; hvis Re > Re kp, kan strømningsregimet bli turbulent. Re cr-verdien avhenger av typen strømning som vurderes. Så, for en strømning i runde rør, Recr ≈ 2200 (hvis den karakteristiske hastigheten er den gjennomsnittlige tverrsnittshastigheten, og den karakteristiske størrelsen er rørdiameteren). Derfor, for Re kp< 2200 течение жидкости в трубе будет ламинарным.
Hastighetsfordeling
Hastighetsgjennomsnittsprofil:
a - laminær strømning
b - turbulent strømning
Med laminær strømning i et uendelig langt rør, endres hastigheten i enhver seksjon av røret i henhold til loven V-V 0 ( 1 - r 2 /a 2 ), Hvor EN - rørradius, r - avstand fra aksen, V 0 \u003d 2V sr - aksial (numerisk maksimal) strømningshastighet; den tilsvarende parabolske hastighetsprofilen er vist i fig. EN.
Friksjonsspenningen varierer langs radien i henhold til en lineær lov τ=τ w r/a Hvor τ w = 4μVav/a - friksjonsspenning på rørveggen.
For å overvinne kreftene til viskøs friksjon i røret under jevn bevegelse, må det være et langsgående trykkfall, vanligvis uttrykt ved likheten P1-P2 = λ(l/d)ρV cf 2/2 Hvor P1 Og P2 - trykk i k.-n. to tverrsnitt på avstand l fra hverandre λ - koeffisient motstand avhengig av Re for laminær strømning λ = 64/Re .
Luften i industrielle lokaler er en potensiell kilde til medikamentforurensning, derfor er rensingen et av nøkkelspørsmålene for teknologisk hygiene. Renhetsnivået til luften i rommet bestemmer renhetsklassen.
For å sikre produksjon av sterile løsninger med støvfri steril luft, brukes både konvensjonelle turbulente ventilasjonssystemer for å sikre steriliteten til luften i rommet, samt systemer med laminær luftstrøm over hele rommet eller i enkelte arbeidsområder.
Ved turbulent strømning inneholder den rensede luften opptil 1000 partikler per 1 liter, når luft tilføres laminær gjennom hele volumet av rommet er innholdet av partikler i luften 100 ganger mindre.
Lokaler med laminær strømning- dette er rom hvor luft tilføres arbeidsområdet gjennom filtre som opptar hele veggen eller taket, og fjernes gjennom overflaten motsatt luftinntaket.
Det er to systemer: vertikal laminær strømning, hvor luft beveger seg ovenfra gjennom taket og går gjennom spaltegulvet, og horisontal laminær strømning, der luft kommer inn gjennom den ene, og går ut gjennom den motsatte perforerte veggen. Den laminære strømmen fører bort fra rommet alle luftbårne partikler som kommer fra alle kilder (personell, utstyr, etc.).
I renrom skal det skapes laminær strømning. Laminære luftstrømsystemer må gi en jevn lufthastighet på ca. 0,30 m/s for vertikal og ca. 0,45 m/s for horisontal strømning. Klargjøring og kontroll av luft for mekaniske inneslutninger og mikrobiologisk forurensning, samt vurdering av effektiviteten til luftfiltre bør utføres i henhold til forskriftsmessig og teknisk dokumentasjon.
På fig. 5.2 viser ulike opplegg for tilførsel av støvfri luft til produksjonsrommet.
Ris. 5.2. Støvfrie lufttilførselsordninger: A - turbulent strømning; B - laminær strømning
For å sikre den nødvendige luftrenheten i systemene "vertical laminar flow" og "horisontal laminar flow" brukes filtreringsenheter, bestående av pre-grove luftfiltre - en vifte og et steriliseringsfilter (fig. 5.3.).
Ris. 5.3. Luftfiltrerings- og steriliseringsenhet:
1 - grovfilter; 2 - vifte; 3 - fint filter
For den endelige rensingen av luft fra partiklene og mikrofloraen som finnes i den, brukes et filter av typen LAIK. Den bruker ultrafin perklorovinylharpiksfiber som filtermateriale. Dette materialet er hydrofobt, motstandsdyktig mot kjemisk aggressive miljøer og kan fungere ved temperaturer som ikke overstiger 60 °C og relativ fuktighet opptil 100 %. Nylig har høyeffektive partikkelluftfiltre (HEPA) blitt utbredt.
Høy renhet av luftmiljøet skapes ved å filtrere gjennom et forfilter og deretter bruke en vifte - gjennom et steriliseringsfilter med et filtreringsmateriale av merket FPP-15-3, som er et lag av ultratynne fibre laget av polyvinyl kloridpolymer. Innendørs kan det i tillegg monteres mobile resirkulerende luftrensere VOPR-0.9 og VOPR-1.5, som gir rask og effektiv luftrensing på grunn av dens mekaniske filtrering gjennom et filter laget av ultratynne fibre og ultrafiolett stråling. Luftrensere kan brukes under drift, som ikke har en negativ innvirkning på personalet og ikke forårsake ubehag.
For å lage ultrarene rom eller separate soner, plasseres en spesiell blokk inne i den, hvor en autonom laminær strøm av steril luft tilføres.
Krav til personell og arbeidstøy
Å utstyre produksjonen med laminære strømningssystemer og tilføre ren og steril luft til rommet løser ennå ikke problemet med ren luft, fordi. personalet som jobber i lokalene er også en aktiv kilde til forurensning. Derfor må et minimum antall arbeidere være tilstede i renrom under arbeidet, som foreskrevet i de relevante instruksjonene.
I løpet av ett minutt frigjør en person, uten å bevege seg, 100 000 partikler. Dette tallet stiger til 10 millioner under intensivt arbeid. Gjennomsnittlig antall mikroorganismer som skilles ut av en person på 1 minutt når 1500-3000. Derfor er beskyttelse av medisiner mot menneskelig forurensning et av hovedproblemene med teknologisk hygiene, og det løses hovedsakelig på grunn av den personlige hygienen til ansatte og bruken av teknologiske klær.
Personell som kommer inn i produksjonsområdet må være kledd i spesielle klær som passer til produksjonsoperasjonene de utfører. Teknologisk bekledning til personell må samsvare med renslighetsklassen i området de arbeider i og oppfylle hovedformålet - å beskytte produksjonsproduktet så mye som mulig mot partikler som slippes ut av mennesker.
Hovedformålet med teknologiske klær for arbeidere er å beskytte produksjonsproduktet så mye som mulig mot partikler som slippes ut av mennesker. Av spesiell betydning er stoffet som teknologiske klær er laget av. Den må ha en minimum loning, støvkapasitet, støvpermeabilitet, samt luftgjennomtrengelighet på minst 300 m 3 / (m 2 ·s), hygroskopisitet på minst 7 %, og ikke akkumulere en elektrostatisk ladning.
Følgende krav stilles til personell og teknologisk bekledning beregnet på soner av forskjellige typer:
· Klasse D: Hår må være tildekket. Generell vernedress, passende fottøy eller overtrekkssko bør brukes.
· Klasse C: Hår må være tildekket. Bruk en buksedress (helt eller todelt) som sitter tett rundt håndleddene med høy krage og passende sko eller overtrekkssko. Klær og fottøy må ikke avgi lo eller partikler.
· I rom i renhetsklasse A/B bør du bruke steril buksedress eller kjeledress, hodeplagg, skotrekk, maske, gummi- eller plasthansker. Hvis mulig, bør engangs- eller spesialiserte teknologiske klær og fottøy med minimal lo- og støvkapasitet brukes. Den nedre delen av buksen skal skjules inne i skotrekkene, og ermene skal skjules i hansker.
Høye standarder for personlig hygiene og renslighet må stilles til de som arbeider i rene områder. Klokker, smykker og kosmetikk bør ikke brukes i rene rom.
Av stor betydning er hyppigheten av å skifte klær, avhengig av klimatiske forhold og tid på året. I nærvær av kondisjonert luft, anbefales det å skifte klær minst en gang om dagen, og en beskyttende maske hver 2. time. Gummihansker bør skiftes etter hver kontakt med huden i ansiktet, og også i alle tilfeller når det er fare for forurensning.
Alt personell (inkludert de som er involvert i rengjøring og vedlikehold) som arbeider i rene områder bør få systematisk opplæring i emner knyttet til korrekt fremstilling av sterile produkter, inkludert hygiene og grunnleggende mikrobiologi.
Personell som arbeider i "rene" rom må:
- strengt begrense inngang til og utgang fra "rene" rom i samsvar med spesialutviklede instruksjoner;
Gjennomfør produksjonsprosessen med minimum nødvendig antall personell. Inspeksjons- og kontrollprosedyrer bør generelt utføres utenfor "rene" områder;
Begrens bevegelsen av personell i rom i renhetsklasse B og C; unngå brå bevegelser i arbeidsområdet;
Ikke befinn deg mellom luftstrømskilden og arbeidsområdet for å unngå å endre retningen på luftstrømmen;
Ikke len deg over eller ta på åpne produkter eller åpne beholdere;
Ikke plukk opp eller bruk gjenstander som har falt på gulvet under arbeid;
Før du går inn i det "rene" rommet (opplæringsrommet for ansatte), fjern alle smykker og kosmetikk, inkludert neglelakk, ta en dusj (om nødvendig), vask hendene, behandle hendene med desinfeksjonsmidler og ta på sterile teknologiske klær og sko;
Unngå å snakke om fremmede emner. All verbal kommunikasjon med personer utenfor produksjonslokalene skal skje gjennom intercom;
Rapporter alle brudd, samt negative endringer i det sanitære og hygieniske regimet eller klimatiske parametere til din ledelse.
Prosesskrav
Det er ikke tillatt å produsere ulike legemidler samtidig eller sekvensielt i samme rom, unntatt i tilfeller der det ikke er fare for krysskontaminering, samt blanding og blanding av ulike typer råvarer, mellomprodukter, materialer, mellomprodukter og ferdige produkter.
Kontroll i produksjonsprosessen, utført i produksjonsanlegg, skal ikke ha negativ innvirkning på den teknologiske prosessen og produktkvaliteten.
I alle stadier av den teknologiske prosessen, inkludert stadiene før sterilisering, er det nødvendig å implementere tiltak som minimerer mikrobiell forurensning.
Tidsintervallene mellom starten av tilberedning av oppløsninger og sterilisering eller steriliseringsfiltrering bør være minimale og ha begrensninger (tidsbegrensninger) fastsatt under valideringsprosessen.
Preparater som inneholder levende mikroorganismer må ikke produseres og pakkes i lokaler beregnet for produksjon av andre legemidler.
Vannkilder, vannbehandlingsutstyr og behandlet vann bør overvåkes regelmessig for kjemisk og mikrobiologisk forurensning, og om nødvendig for endotoksinforurensning for å sikre at vannkvaliteten oppfyller regulatoriske krav.
Enhver gass som kommer i kontakt med løsninger eller andre mellomprodukter under prosessen må steriliseres.
Materialer som har en tendens til å danne fibre med mulig utslipp til miljøet, bør som regel ikke brukes i rene rom, og når man utfører en teknologisk prosess under aseptiske forhold, er bruken fullstendig forbudt.
Etter stadiene (operasjonene) av sluttrengjøringen av primæremballasjen og utstyret under den videre gjennomføringen av den teknologiske prosessen, må de brukes på en slik måte at de ikke forurenser på nytt.
Effektiviteten til eventuelle nye metoder, utskifting av utstyr og metoder for å gjennomføre den teknologiske prosessen må bekreftes ved validering, som må gjentas regelmessig i henhold til de utviklede tidsplanene.
Krav til prosessutstyr
Produksjonsutstyr bør ikke påvirke produktkvaliteten negativt. Deler eller overflater på utstyr som kommer i kontakt med produktet skal være laget av materialer som ikke reagerer med det, ikke har absorberende egenskaper, og ikke avgir stoffer i en slik grad at det påvirker kvaliteten på produktet.
En av måtene å løse disse problemene på er bruken av moderne automatiske linjer ampulling av injiserbare midler.
Overføring av råstoff og materialer inn og ut av produksjonsområder er en av de alvorligste kildene til forurensning. Derfor kan design av overføringsenheter variere fra enheter med én eller dobbel dør til fullstendig forseglede systemer med en steriliseringssone (steriliseringstunnel).
Isolatorer kan bare tas i bruk etter passende validering. Validering bør ta hensyn til alle kritiske faktorer ved inneslutningsteknologien (f.eks. luftkvalitet i og utenfor isolatoren, overføringsteknologier og isolatorintegritet).
Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot:
Utstyrsdesign og kvalifisering
Validering og reproduserbarhet av clean-in-place og sterilisering-in-place prosesser
Miljøet som utstyret er installert i
Operatørkvalifisering og opplæring
· Renslighet av teknologiske klær til operatører.
Krav til kvalitetskontroll
Under den teknologiske prosessen for produksjon av injeksjonsløsninger utføres nødvendigvis en mellomliggende (trinn-for-trinn) kvalitetskontroll, dvs. etter hvert teknologisk stadium (drift) screenes ampuller, ampuller, fleksible beholdere etc. dersom de ikke oppfyller visse krav. Så, etter oppløsning (isotonisering, stabilisering, etc.) av det medisinske stoffet, kontrolleres den kvalitative og kvantitative sammensetningen, pH i løsningen, tetthet, etc.; etter fyllingsoperasjonen - fyllevolumet til karene kontrolleres selektivt, etc.
Innkommende råvarer, materialer, halvfabrikata, samt produserte mellom- eller ferdigprodukter umiddelbart etter mottak eller fullføring av den teknologiske prosessen, inntil en beslutning er tatt om muligheten for bruk av dem, må settes i karantene. Ferdige produkter tillates ikke solgt før kvaliteten er funnet å være tilfredsstillende.
Flytende legemidler for parenteral bruk kontrolleres vanligvis for følgende kvalitetsindikatorer: beskrivelse, identifikasjon, transparens, farge, pH, samtidige urenheter, gjenvinnbart volum, sterilitet, pyrogener, unormal toksisitet, mekaniske inneslutninger, kvantitativ bestemmelse av aktive stoffer, antimikrobielle konserveringsmidler og organiske løsemidler.
For flytende medisiner for parenteral bruk i form av viskøse væsker, kontrolleres tettheten i tillegg.
For flytende medisiner for parenteral bruk i form av suspensjoner kontrolleres i tillegg partikkelstørrelsen, innholdets enhetlighet (ved enkeltdosesuspensjoner), suspensjonsstabiliteten.
I pulvere til injeksjoner eller intravenøse infusjoner kontrolleres i tillegg følgende: oppløsningstid, tap i masse ved tørking, innholdsensartethet eller masseensartethet.
Laminar er en luftstrøm der luftstrømmene beveger seg i samme retning og er parallelle med hverandre. Når hastigheten øker til en viss verdi, sildrer luftstrømmen, i tillegg til translasjonshastigheten, får den også raskt skiftende hastigheter vinkelrett på translasjonsbevegelsesretningen. Det dannes en flyt, som kalles turbulent, det vil si kaotisk.
Grense lag
Grenselaget er laget der lufthastigheten varierer fra null til en verdi nær den lokale lufthastigheten.
Når en luftstrøm strømmer rundt et legeme (fig. 5), glir ikke luftpartikler over kroppens overflate, men bremses, og lufthastigheten nær kroppsoverflaten blir lik null. Når man beveger seg bort fra kroppens overflate, øker lufthastigheten fra null til hastigheten på luftstrømmen.
Tykkelsen på grenselaget måles i millimeter og avhenger av luftens viskositet og trykk, av kroppens profil, tilstanden til overflaten og posisjonen til kroppen i luftstrømmen. Tykkelsen på grensesjiktet øker gradvis fra forkant til bakkant. I grenselaget skiller naturen av bevegelsen av luftpartikler seg fra naturen til bevegelsen utenfor den.
Tenk på en luftpartikkel A (fig. 6), som befinner seg mellom luftstrømmer med hastigheter U1 og U2, på grunn av forskjellen i disse hastighetene påført mot motsatte punkter av partikkelen, den roterer og jo mer, jo nærmere denne partikkelen er. overflaten av kroppen (hvor forskjellen den høyeste hastigheten). Når man beveger seg bort fra kroppens overflate, bremses rotasjonsbevegelsen til partikkelen ned og blir lik null på grunn av likheten mellom luftstrømhastigheten og lufthastigheten til grenselaget.
Bak kroppen går grenselaget over i et kjølvann, som uskarpt og forsvinner når det beveger seg bort fra kroppen. Turbulensen i kjølvannet treffer halen på flyet og reduserer effektiviteten, og forårsaker risting (Buffing-fenomen).
Grenselaget er delt inn i laminært og turbulent (fig. 7). Med en jevn laminær strømning av grenselaget oppstår kun indre friksjonskrefter på grunn av luftens viskositet, så luftmotstanden i det laminære laget er liten.
Ris. 5
Ris. 6 Luftstrøm rundt en kropp - strømningsretardasjon i grensesjiktet
Ris. 7
I et turbulent grensesjikt er det en kontinuerlig bevegelse av luftstrømmer i alle retninger, noe som krever mer energi for å opprettholde en tilfeldig virvelbevegelse og som et resultat skapes det en større motstand av luftstrømmen til det bevegelige legemet.
Koeffisienten Cf brukes til å bestemme arten av grenselaget. En kropp med en viss konfigurasjon har sin egen koeffisient. Så, for eksempel, for en flat plate, er motstandskoeffisienten til det laminære grenselaget:
for turbulente lag
hvor Re er Reynolds-tallet, som uttrykker forholdet mellom treghetskrefter og friksjonskrefter og bestemmer forholdet mellom to komponenter - profilmotstand (formmotstand) og friksjonsmotstand. Reynolds-tallet Re bestemmes av formelen:
hvor V er luftstrømhastigheten,
I - karakter av kroppsstørrelse,
kinetisk koeffisient for viskositet av luftfriksjonskrefter.
Når en luftstrøm strømmer rundt et legeme på et bestemt punkt, endres grenselaget fra laminært til turbulent. Dette punktet kalles overgangspunktet. Dens plassering på overflaten av kroppsprofilen avhenger av luftens viskositet og trykk, hastigheten til luftstrømmene, formen på kroppen og dens plassering i luftstrømmen, og også av overflatens ruhet. Når du lager vingeprofiler, har designere en tendens til å plassere dette punktet så langt som mulig fra forkanten av profilen, og dermed redusere friksjonsmotstanden. Til dette formål brukes spesielle laminerte profiler for å øke glattheten på vingeoverflaten og en rekke andre tiltak.
Med en økning i hastigheten på luftstrømmen eller en økning i kroppens vinkel i forhold til luftstrømmen til en viss verdi, på et tidspunkt, skilles grenselaget fra overflaten, mens trykket bak dette punktet synker kraftig. .
Som et resultat av at trykket i bakkanten av kroppen er større enn bak separasjonspunktet, er det en omvendt luftstrøm fra sonen med høyere trykk til sonen med lavere trykk til separasjonspunktet, noe som medfører separasjonen av luftstrømmen fra overflaten av kroppen (fig. 8).
Et laminært grenselag skiller seg lettere fra kroppsoverflaten enn et turbulent.
Kontinuitetsligning for en luftstrømstråle
Ligningen for kontinuiteten til en luftstrømstråle (konstans av luftstrøm) er en aerodynamisk ligning som følger av fysikkens grunnleggende lover - bevaring av masse og treghet - og etablerer forholdet mellom tetthet, hastighet og tverrsnittsareal av en luftstrømstråle.
Ris. 8
Ris. 9
Ved vurderingen aksepteres vilkåret at den studerte luften ikke har egenskapen komprimerbarhet (fig. 9).
I et sildret med variabelt tverrsnitt strømmer et andre volum luft gjennom seksjon I i en viss tidsperiode, dette volumet er lik produktet av luftstrømhastigheten og tverrsnittet F.
Den andre masseluftstrømmen m er lik produktet av den andre luftstrømmen og luftstrømmens tetthet p av strålen. I henhold til loven om energibevaring er massen av luftstrømmen til strømmen m1 som strømmer gjennom seksjon I (F1) lik massen m2 av denne strømmen som strømmer gjennom seksjon II (F2), forutsatt at luftstrømmen er jevn :
m1=m2=konst, (1,7)
m1F1V1=m2F2V2=konst. (1,8)
Dette uttrykket kalles ligningen for kontinuiteten til strålen til luftstrømmen til strømmen.
F1V1=F2V2= konst. (1,9)
Så det kan sees fra formelen at det samme volumet luft passerer gjennom forskjellige deler av strømmen i en viss tidsenhet (sekund), men med forskjellige hastigheter.
Vi skriver ligning (1.9) i følgende form:
Det kan sees fra formelen at luftstrømhastigheten til strålen er omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet til strålen og omvendt.
Således etablerer ligningen for kontinuitet for luftstrømmens stråle forholdet mellom tverrsnittet av strålen og hastigheten, forutsatt at luftstrømmen til strålen er jevn.
Statisk trykk og hastighetshode Bernoulli ligning
flyets aerodynamikk
Et fly i en stasjonær eller bevegelig luftstrøm i forhold til den opplever trykk fra sistnevnte, i det første tilfellet (når luftstrømmen er stasjonær) er det statisk trykk og i det andre tilfellet (når luftstrømmen beveger seg) er det dynamisk trykk, kalles det ofte hastighetstrykk. Det statiske trykket i en bekk er likt trykket til en væske i hvile (vann, gass). For eksempel: vann i et rør, det kan være i ro eller i bevegelse, i begge tilfeller er rørets vegger under trykk fra vannet. Ved vannbevegelse vil trykket være noe mindre, siden det har oppstått et hastighetstrykk.
I henhold til loven om bevaring av energi er energien til en luftstrøm i ulike deler av en luftstrøm summen av den kinetiske energien til strømmen, den potensielle energien til trykkkreftene, den indre energien til strømmen og energien av kroppens posisjon. Dette beløpet er en konstant verdi:
Ekin+Ep+Evn+En=const (1.10)
Kinetisk energi (Ekin) - evnen til en bevegelig luftstrøm til å utføre arbeid. Hun er likestilt
hvor m er massen av luft, kgf s2m; V-hastighet for luftstrøm, m/s. Hvis vi i stedet for massen m erstatter massetettheten til luft p, får vi formelen for å bestemme hastighetshodet q (i kgf / m2)
Potensiell energi Ep - luftstrømmens evne til å utføre arbeid under påvirkning av statiske trykkkrefter. Det er lik (i kgf-m)
hvor Р - lufttrykk, kgf/m2; F er tverrsnittsarealet til luftstrømfilamentet, m2; S er banen som tilbakelegges av 1 kg luft gjennom en gitt seksjon, m; produktet SF kalles det spesifikke volumet og er betegnet med v, og erstatter verdien av det spesifikke volumet luft i formel (1.13), får vi
Den indre energien Evn er evnen til en gass til å utføre arbeid når temperaturen endres:
hvor Cv er varmekapasiteten til luft ved et konstant volum, cal / kg-deg; T-temperatur på Kelvin-skalaen, K; A er den termiske ekvivalenten til mekanisk arbeid (kal-kg-m).
Det kan sees fra ligningen at den indre energien til luftstrømmen er direkte proporsjonal med dens temperatur.
Posisjonsenergi En er luftens evne til å utføre arbeid når posisjonen til tyngdepunktet til en gitt luftmasse endres når den stiger til en viss høyde og er lik
hvor h er endringen i høyde, m.
I lys av de sparsomme små verdiene for separasjonen av tyngdepunktene til luftmasser langs høyden i en sildring av luftstrømmen, blir denne energien neglisjert i aerodynamikken.
Tatt i betraktning alle typer energi i forhold til visse forhold, er det mulig å formulere Bernoullis lov, som etablerer en sammenheng mellom det statiske trykket i en sildring av luftstrømmen og hastighetstrykket.
Tenk på et rør (fig. 10) med variabel diameter (1, 2, 3) der en luftstrøm beveger seg. Manometre brukes til å måle trykket i de aktuelle seksjonene. Ved å analysere avlesningene til trykkmålere kan vi konkludere med at det laveste dynamiske trykket vises av en trykkmåler i avsnitt 3-3. Dette betyr at når røret smalner, øker hastigheten på luftstrømmen og trykket faller.
Ris. 10
Årsaken til trykkfallet er at luftstrømmen ikke gir noe arbeid (friksjon er ikke tatt i betraktning) og derfor forblir den totale energien til luftstrømmen konstant. Hvis vi vurderer temperaturen, tettheten og volumet til luftstrømmen i forskjellige seksjoner som konstant (T1=T2=T3; p1=p2=p3, V1=V2=V3), så kan den indre energien ignoreres.
Dette betyr at i dette tilfellet er overgangen av den kinetiske energien til luftstrømmen til potensiell energi og omvendt mulig.
Når hastigheten på luftstrømmen øker, øker hastighetshøyden og følgelig den kinetiske energien til denne luftstrømmen.
Vi erstatter verdiene fra formlene (1.11), (1.12), (1.13), (1.14), (1.15) med formelen (1.10), tar i betraktning at vi neglisjerer den indre energien og posisjonsenergien, transformerer ligningen (1.10) ), vi oppnår
Denne ligningen for en hvilken som helst del av en drypp av luft er skrevet som følger:
Denne typen ligning er den enkleste matematiske Bernoulli-ligningen og viser at summen av statiske og dynamiske trykk for enhver del av en strøm av jevn luftstrøm er en konstant verdi. Komprimerbarhet er ikke tatt i betraktning i dette tilfellet. Hensiktsmessige korrigeringer foretas når komprimerbarhet er tatt i betraktning.
For klarhet i Bernoullis lov kan du utføre et eksperiment. Ta to ark papir, hold dem parallelt med hverandre på kort avstand, blås inn i gapet mellom dem.
Ris. elleve
Bladene kommer nærmere. Årsaken til deres konvergens er at på yttersiden av arkene er trykket atmosfærisk, og i gapet mellom dem, på grunn av tilstedeværelsen av et høyhastighets lufttrykk, sank trykket og ble mindre enn atmosfærisk. Under påvirkning av trykkforskjellen bøyer papirarkene seg innover.
vindtunneler
Et eksperimentelt oppsett for å studere fenomenene og prosessene som følger med strømmen av gass rundt legemer kalles en vindtunnel. Prinsippet for drift av vindtunneler er basert på Galileos relativitetsteori: i stedet for bevegelsen til et legeme i et stasjonært medium studeres strømmen av en gassstrøm rundt et stasjonært legeme I vindtunneler er de aerodynamiske kreftene som virker på flyet og momentene bestemmes eksperimentelt, trykk- og temperaturfordelingen over overflaten studeres, strømningsmønsteret rundt kroppen observeres, aeroelastisiteten studeres osv.
Vindtunneler avhengig av rekkevidden av Mach-tall M er delt inn i subsonisk (M=0,15-0,7), transonisk (M=0,7-13), supersonisk (M=1,3-5) og hypersonisk (M= 5-25), iht. til operasjonsprinsippet - inn i kompressorrom (kontinuerlig drift), der luftstrømmen skapes av en spesiell kompressor, og ballonger med økt trykk, i henhold til kretsens utforming - til lukkede og åpne.
Kompressorrør har høy effektivitet, de er enkle å bruke, men krever etablering av unike kompressorer med høye gassstrømningshastigheter og høy effekt. Ballongvindtunneler er mindre økonomiske enn kompressorvindtunneler, siden en del av energien går tapt når gassen strupes. I tillegg er varigheten av driften av ballongvindtunneler begrenset av gasstilførselen i sylindrene og varierer fra titalls sekunder til flere minutter for ulike vindtunneler.
Den brede utbredelsen av ballongvindtunneler skyldes at de er enklere i design og at kompressorkraften som kreves for å fylle ballongene er relativt liten. I vindtunneler med lukket sløyfe brukes en betydelig del av den kinetiske energien som er igjen i gasstrømmen etter dens passasje gjennom arbeidsområdet, noe som øker vindtunnelens effektivitet. I dette tilfellet er det imidlertid nødvendig å øke de totale dimensjonene til installasjonen.
I subsoniske vindtunneler studeres de aerodynamiske egenskapene til subsoniske helikoptre, samt egenskapene til supersoniske fly i start- og landingsmodus. I tillegg brukes de til å studere strømmen rundt biler og andre bakkekjøretøyer, bygninger, monumenter, broer og andre objekter Figur 1 viser et diagram av en subsonisk vindtunnel med lukket sløyfe.
Ris. 12
1 - honeycomb 2 - gitter 3 - forkammer 4 - confuser 5 - strømningsretning 6 - arbeidsdel med modell 7 - diffuser, 8 - kne med roterende blader, 9 - kompressor 10 - luftkjøler
Ris. 1. 3
1 - honeycomb 2 - skjermer 3 - forkammer 4 confuser 5 perforert arbeidsdel med modell 6 ejektor 7 diffuser 8 albue med ledeskovler 9 luftuttak 10 - lufttilførsel fra sylindere
Ris. 14
1 - sylinder med trykkluft 2 - rørledning 3 - kontrollgass 4 - nivelleringsrist 5 - honeycomb 6 - deturbulent gitter 7 - forkammer 8 - forvirring 9 - supersonisk dyse 10 - arbeidsdel med modell 11 - supersonisk diffuser 12 - subsonisk diffuser 13 - slippe ut i atmosfæren
Ris. 15
1 - sylinder med høytrykk 2 - rørledning 3 - kontrollgass 4 - varmeapparat 5 - forkammer med honeycomb og gitter 6 - hypersonisk aksesymmetrisk dyse 7 - arbeidsdel med modell 8 - hypersonisk aksesymmetrisk diffuser 9 - luftkjøler 10 - strømningsretning 11 - luft tilførsel til ejektorer 12 - ejektorer 13 - skodder 14 - vakuumbeholder 15 - subsonisk diffusor