Laminaari õhu liikumine. Laminaarne ja turbulentne õhuvool

Vedelike ja gaaside voogude omaduste uurimine on tööstusele ja kommunaalteenustele väga oluline. Laminaar- ja turbulentne vool mõjutavad vee, nafta, maagaasi erinevatel eesmärkidel torujuhtmete kaudu transportimise kiirust ja muid parameetreid. Hüdrodünaamika teadus tegeleb nende probleemidega.

Klassifikatsioon

Teaduslikus keskkonnas on vedeliku ja gaasi voolu režiimid jagatud kahte täiesti erinevasse klassi:

• laminaar (jet);
• tormiline.

Samuti eristatakse üleminekuetappi. Muide, mõistel "vedel" on lai tähendus: see võib olla kokkusurumatu (see on tegelikult vedelik), kokkusurutav (gaas), juhtiv jne.

Väljaande ajalugu

Isegi Mendelejev esitas 1880. aastal idee kahe vastandliku voolu režiimi olemasolust. Briti füüsik ja insener Osborne Reynolds uuris seda küsimust üksikasjalikumalt, viies oma uurimistöö lõpule 1883. aastal. Kõigepealt praktiliselt ja seejärel valemite abil tegi ta kindlaks, et väikese voolukiiruse korral võtab vedelike liikumine laminaarse kuju: kihid (osakeste voolud) segunevad ja liiguvad mööda paralleelseid trajektoore. Kuid pärast teatud kriitilise väärtuse (erinevates tingimustes on see erinev), mida nimetatakse Reynoldsi numbriks, ületamist muutuvad vedeliku voolu režiimid: joa vool muutub kaootiliseks, keeristuseks - see tähendab turbulentseks. Nagu selgus, on need parameetrid teatud määral iseloomulikud ka gaasidele.

Inglise teadlase praktilised arvutused on näidanud, et näiteks vee käitumine sõltub tugevalt veehoidla (toru, kanal, kapillaar jne) kujust ja suurusest, mille kaudu see voolab. Ümmarguse ristlõikega torudes (neid kasutatakse survetorustike paigaldamiseks) kirjeldatakse nende Reynoldsi arvu - valemit kirjeldatakse järgmiselt: Re \u003d 2300. Avavoolu voolu korral teine: Re \u003d 900. Madalamate Re väärtuste korral tellitakse vooluhulk, suurte väärtuste korral - kaootiline ...

Laminaarvoolus

Laminaarvoolu ja turbulentse voolu erinevus on vee (gaasi) voogude olemuses ja suunas. Nad liiguvad kihtidena segamata ja pulseerimata. Teisisõnu, liikumine kulgeb ühtlaselt, ilma rõhu, suuna ja kiiruse ebakorrektsete hüpeteta.

Vedeliku laminaarne voog moodustub näiteks kitsastes elusolendites, taimekapillaarides ja võrreldavates tingimustes väga viskoossete vedelike (kütteõli torujuhtme kaudu) voolamise ajal. Jugavoolu selgeks nägemiseks piisab, kui veekraan veidi avada - vesi voolab rahulikult, ühtlaselt, segamata. Kui kraan täielikult välja lülitatakse, suureneb rõhk süsteemis ja vool muutub kaootiliseks.

Turbulentne vool

Vastupidiselt laminaarile, kus läheduses olevad osakesed liiguvad mööda praktiliselt paralleelseid trajektoore, on vedeliku turbulentne vool häiritud. Kui kasutame Lagrange'i lähenemist, siis võivad osakeste trajektoorid ristuda suvaliselt ja käituda üsna ettearvamatult. Vedelike ja gaaside liikumine on nendes tingimustes alati püsimatu ja selle ebakindluse parameetrid võivad olla väga laias vahemikus.

Seda, kuidas gaasivoolu laminaarne režiim muutub turbulentseks, saab jälgida näite abil, kuidas liikumatus õhus põlevast sigaretist tuleb suitsu. Alguses liiguvad osakesed peaaegu paralleelselt mööda trajektoore, mis aja jooksul ei muutu. Suits näib liikumatuna. Siis ilmuvad mõnes kohas järsku suured keerised, mis liiguvad täiesti kaootiliselt. Need keerised lagunevad väiksemateks, need - veelgi väiksemateks jne. Lõpuks seguneb suits praktiliselt ümbritseva õhuga.

Turbulentsi tsüklid

Ülaltoodud näide on õpik ja tema tähelepanekutest tegid teadlased järgmised järeldused:

1. Laminaarsetel ja turbulentsetel voogudel on tõenäosus: üleminek ühelt režiimilt teisele toimub mitte täpselt määratletud kohas, vaid üsna suvalises, juhuslikus kohas.
2. Esiteks ilmuvad suured keerised, mille suurus on suurem kui suitsulõhna suurus. Liikumine muutub ebastabiilseks ja väga anisotroopiliseks. Suured ojad kaotavad stabiilsuse ja jagunevad väiksemateks. Nii tekib terve keeriste hierarhia. Nende liikumise energia kandub suurelt väikesele ja selle protsessi lõpus kaob see - energia hajumine toimub väikestes skaalades.
3. Turbulentne voolurežiim on juhuslikku laadi: see või teine \u200b\u200bkeeris võib asuda täiesti suvalises, ettearvamatus kohas.
4. Suitsu segunemine välisõhuga laminaarses režiimis praktiliselt ei toimu ja turbulentses režiimis on see väga intensiivne.
5. Vaatamata asjaolule, et piiritingimused on statsionaarsed, on turbulentsil endal selgelt väljendunud püsimatu iseloom - aja jooksul muutuvad kõik gaasidünaamilised parameetrid.

Turbulentsusel on veel üks oluline omadus: see on alati kolmemõõtmeline. Isegi kui arvestada ühemõõtmelise vooluga torus või kahemõõtmelist piirkihti, toimub turbulentsete keeriste liikumine ikkagi kõigi kolme koordinaattelje suunas.

Reinoldsi arv: valem

Laminaarsusest turbulentsi üleminekut iseloomustab nn kriitiline Reynoldsi arv:

Re cr \u003d (ρuL / µ) cr,

kus ρ on voolutihedus, u on iseloomulik voolukiirus; L on voolu iseloomulik suurus, µ on koefitsient cr on vool läbi ümmarguse ristlõikega toru.

Näiteks torus oleva kiirusega u voolamiseks kasutatakse Osborne Reynoldsit L-na; ta näitas, et antud juhul 2300

Sarnane tulemus saadakse plaadi piirkihis. Kauguseks plaadi esiservast võetakse iseloomulik suurus: 3 × 10 5

Kiiruse häirete kontseptsioon

Laminaar- ja turbulentse vedeliku vool ning vastavalt sellele sõltub Reynoldsi arvu (Re) kriitiline väärtus suuremast hulgast teguritest: rõhugradiendist, kareduse konaruste kõrgusest, välisvoolu turbulentsi intensiivsusest, temperatuuride erinevusest jne. Mugavuse huvides nimetatakse neid kogutegurit ka kiirusehäireks. kuna neil on voolukiirusele teatav mõju. Kui see häiring on väike, saab selle kustutada viskoossete jõudude abil, mis üritavad kiirusvälja võrdsustada. Suurte häirete korral võib vool muutuda ebastabiilseks ja tekkida turbulents.

Arvestades, et Reynoldsi arvu füüsiliseks tähenduseks on inertsjõudude ja viskoossusjõudude suhe, kuulub voogude häirimine järgmise valemi toimel:

Re \u003d ρuL / u \u003d ρu 2 / (µ × (u / L)).

Lugeja sisaldab kahekordse kiirusepead ja nimetaja on hõõrdepinge järjekorra väärtus, kui piirkihi paksuseks võetakse L. Kiirrõhk kipub küll tasakaalu hävitama, kuid nad on sellele vastu. Siiski pole selge, miks (või kiiruse pea) põhjustavad muutused ainult siis, kui need on viskoossuse jõududest 1000 korda suuremad.

Arvutused ja faktid

Tõenäoliselt oleks seda mugavam kasutada kui Re iseloomustavat kiirust mitte absoluutse voolukiiruse u, vaid kiiruse häirega. Sel juhul on Reynoldsi kriitiline arv umbes 10, see tähendab, et kui kiirusepea häiring viskoossete pingete kohal on viis korda suurem, voolab vedeliku laminaarne vool turbulentsesse. See Re määratlus selgitab paljude teadlaste sõnul hästi järgmisi eksperimentaalselt kinnitatud fakte.

Ideaalselt ühtlase kiirusprofiili saamiseks ideaalselt siledal pinnal kipub traditsiooniliselt kindlaksmääratud Re crin lõpmatuseni, st turbulentsile praktiliselt üleminekut ei toimu. Kuid Reynoldsi arv, mis on määratud kiiruse häiringute suuruse järgi, on väiksem kui kriitiline, mis on 10.

Põhikiirusega võrreldava kiiruse purunemist põhjustavate kunstlike turbulaatorite juuresolekul muutub vool turbulentseks Reynoldsi arvuga võrreldes Re croldiga palju madalamal, mis arvutatakse kiiruse absoluutväärtuse põhjal. See võimaldab kasutada koefitsiendi Re cr \u003d 10 väärtust, kus iseloomuliku kiirusena kasutatakse ülaltoodud põhjustel põhjustatud kiirusehäire absoluutväärtust.

Laminaarse voolu režiimi stabiilsus torustikus

Laminaarne ja turbulentne vool on iseloomulik igat tüüpi vedelikele ja gaasidele erinevates tingimustes. Looduses on laminaarvood haruldased ja tüüpilised näiteks kitsate maa-aluste voogude korral tasastes tingimustes. Teadlased on selle teema pärast palju rohkem mures vee, nafta, gaasi ja muude tehniliste vedelike torujuhtmete kaudu transpordi praktilise rakendamise kontekstis.

Laminaarvoolu stabiilsuse küsimus on tihedalt seotud peavoolu häiritud liikumise uurimisega. On kindlaks tehtud, et see on mõjutatud nn väikestest häiringutest. Sõltuvalt sellest, kas need aja jooksul kaovad või suurenevad, peetakse põhivoolu stabiilseks või ebastabiilseks.

Kokkusurutav ja mitte kokkusurutav vedelikuvool

Üks vedeliku laminaarset ja turbulentset voolu mõjutav tegur on selle kokkusurutavus. Vedeliku see omadus on eriti oluline peavoolu kiire muutumisega püsimatute protsesside stabiilsuse uurimisel.

Uuringud näitavad, et silindrilistes torudes oleva kokkusurumatu vedeliku laminaarne vool on vastupidav suhteliselt väikeste aksümmeetriliste ja mitte-telgsümmeetriliste häirete suhtes ajas ja ruumis.

Hiljuti tehti arvutusi telgsümmeetriliste häirete mõju kohta voolu stabiilsusele silindrilise toru sisselaskeavas, kus põhivool sõltub kahest koordinaadist. Sel juhul peetakse koordinaati piki toru telge parameetriks, millest sõltub kiirusprofiil piki peavoolu toru raadiust.

Väljund

Vaatamata sajanditepikkusele uurimistööle ei saa öelda, et nii laminaar- kui ka turbulentseid vooge oleks põhjalikult uuritud. Mikrotasandi eksperimentaalsed uuringud tõstatavad uusi küsimusi, mis nõuavad arvutamise põhjendamist. Samuti on uurimistöö olemusest kasu: maailmas on rajatud tuhandeid kilomeetreid vee-, nafta-, gaasi- ja tootetorustikke. Mida rohkem tehnilisi lahendusi turbulentsi vähendamiseks transportimisel tutvustatakse, seda tõhusam see on.

Kirjeldus:

Operatsioonitoad on haiglahoone struktuuris üks kriitilisemaid lülisid, pidades silmas nii kirurgilise protsessi olulisust kui ka tagada selle edukaks rakendamiseks ja lõpuleviimiseks vajalikud erilised mikrokliima tingimused. Bakteriosakeste eraldumise allikaks on siin peamiselt meditsiinitöötajad, kes suudavad ruumis liikudes osakesi tekitada ja mikroorganisme eraldada.

Haigla operatsioonitoad
Õhuvoolu reguleerimine

Viimastel aastakümnetel on meie riigis ja välismaal sagenenud nakkustest põhjustatud mädane-põletikuline haigus, mida vastavalt Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) määratlusele nimetatakse tavaliselt nosokomiaalseteks nakkusteks (NOS). Nosokomiaalsete nakkuste põhjustatud haiguste analüüs näitab, et nende sagedus ja kestus on otseses proportsioonis haiglaruumide õhukeskkonna seisundiga. Operatsiooniruumides (ja tööstuslikes puhastes ruumides) nõutavate mikrokliima parameetrite tagamiseks kasutatakse ühesuunalisi õhu hajureid. Õhuseire ja õhuvoolu liikumise analüüsi tulemused näitasid, et selliste jaoturite töö tagab vajaliku mikrokliima parameetrid, kuid halvendab sageli õhu bakterioloogilist puhtust. Kriitilise tsooni kaitsmiseks on vajalik, et seadmest väljuv õhuvool püsiks sirge ega kaotaks oma piiride kuju, see tähendab, et vool ei peaks laienema ega kitsenema üle kaitstava ala, kus kirurgiline operatsioon toimub.

Operatsiooniruumid on haiglahoone struktuuri üks kriitilisemaid lülisid, arvestades kirurgilise protsessi olulisust, samuti tagades selle edukaks rakendamiseks ja lõpuleviimiseks vajalikud erilised mikrokliima tingimused. Bakteriosakeste eraldumise allikaks on siin peamiselt meditsiinitöötajad, kes suudavad ruumis liikudes osakesi tekitada ja mikroorganisme eraldada. Ruumi õhku sisenevate osakeste määr sõltub inimeste liikumisastmest, temperatuurist ja õhu kiirusest ruumis. VBI kipub õhuvooludega liikuma ümber operatsioonisaali ja alati on oht, et see tungib opereeritud patsiendi kaitsmata haavaõõnde. Vaatluste põhjal on ilmne, et valesti korraldatud ventilatsioonisüsteemid viivad nakkuse intensiivse kogunemiseni üle lubatud taseme.

Juba mitukümmend aastat on eri riikide spetsialistid arendanud süsteemilahendusi operatsiooniruumide õhutingimuste tagamiseks. Ruumi tarnitud õhuvool ei peaks mitte ainult assimileerima mitmesuguseid ohte (kuumus, niiskus, lõhnad, kahjulikud ained), säilitama nõutavad mikrokliima parameetrid, vaid tagama ka rangelt kehtestatud tsoonide kaitse nakatumise eest, see tähendab siseõhu vajaliku puhtuse. Invasiivsete sekkumiste (tungimine inimkehasse) piirkonda võib nimetada operatsioonipiirkonnaks või "kriitiliseks". Standard määratleb selle ala "töötava sanitaarkaitsealana" ja tähendab seda ruumi, kus asuvad operatsioonilaud, instrumentide ja lisamaterjalide, -vahendite lisavarustus ning steriilses riietuses meditsiinitöötajad. Seal on olemas mõiste "tehnoloogiline tuum", viidates steriilsetes tingimustes asuvate tootmisprotsesside alale, mida tähenduse mõttes saab seostada tööpiirkonnaga.

Bakteriaalsete saasteainete tungimise vältimiseks kõige kriitilisemasse piirkonda on laialdaselt kasutatud sõelumismeetodeid, mida kasutatakse niiskusõhu kasutamisel. Loodi erineva konstruktsiooniga laminaarsed õhuhajutid, hiljem muudeti mõiste “laminaarne” sõnaks “ühesuunaline”. Tänapäeval võite leida puhaste ruumide õhujaotusseadmete jaoks mitmesuguseid nimetusi, näiteks "laminaar", "laminaarne lagi", "töötav lagi", "puhta õhu operatsioonisüsteem" jne, mis ei muuda nende olemust. Õhuti hajuti on ehitatud ruumi kaitsetsooni kohal olevasse lae konstruktsiooni ja see võib olla erineva suurusega, sõltuvalt õhuvoolu kiirusest. Sellise ülemmäära soovitatav optimaalne pindala peaks olema vähemalt 9 m 2, et tööpiirkond oleks täielikult kaetud laudade, seadmete ja töötajatega. Väikese kiirusega õhuvoolu nihutamine siseneb kardina kaudu ülalt alla, katkestades nii kirurgilise sekkumise tsooni aseptilise välja kui ka steriilse materjali keskkonda viimise tsooni. Õhk eemaldatakse ruumi alumisest ja ülemisest tsoonist samaaegselt. HEPA filtrid (klass H po) on ehitatud laekonstruktsiooni, mille kaudu sisenev õhk läbib. Filtrid säilitavad elusaid osakesi, kuid ei desinfitseeri neid.

Praegu on kogu maailmas pööratud palju tähelepanu õhu desinfitseerimise probleemidele haiglates ja teistes asutustes, kus leidub bakteriaalset saastumist. Need dokumendid sisaldavad nõudeid desinfitseerida õhku operatsiooniruumides, mille inaktiveerimise efektiivsus on vähemalt 95% osakestest, samuti õhukanalite ja kliimasüsteemide varustuse seadmeid. Kirurgilise personali vabastatud bakteriosakesed sisenevad pidevalt ruumiõhku ja kogunevad sinna. Õhu jälgimine on vajalik selleks, et osakeste kontsentratsioon siseõhus ei jõuaks maksimaalselt lubatud tasemeni. Selline kontroll tuleb läbi viia pärast kliimasüsteemide paigaldamist, hooldust või remonti, see tähendab käitatava puhta ruumi režiimis.

Ühesuunaliste õhuhajutite kasutamine sisseehitatud lae tüüpi ülipeenfiltritega operatsioonisaalides on kujundajate jaoks muutunud tavaliseks. Suurte mahtude õhuvoolud suunduvad ruumidest madala kiirusega alla, eemaldades kaitseala keskkonnast. Paljud eksperdid ei kahtlusta siiski, et nendest lahendustest ei piisa operatsiooni ajal õhu saastusest piisava taseme säilitamiseks.

Fakt on see, et õhujaotusseadmeid on palju, nendest igaühel on oma rakendusala. Operatsiooniruumide puhtad ruumid nende "puhta" klassi piires jagunevad klassidesse vastavalt puhtuse astmele, olenevalt otstarbest. Näiteks üldkirurgilise profiiliga, kardiosurgilise või ortopeedilise operatsiooni ruumid jne. Igal konkreetsel juhul on puhtuse tagamiseks oma nõuded.

Esimesed näited puhaste ruumide õhu hajutite kohta ilmusid 1950. aastate keskel. Sellest ajast alates on traditsiooniline õhu jaotamine puhastes ruumides, kui toota tuleb perforeeritud lae kaudu, kui osakeste või mikroorganismide kontsentratsioon on madal. Õhuvool liigub läbi kogu ruumi ruumala ühes suunas ühtlase kiirusega, tavaliselt 0,3–0,5 m / s. Õhk juhitakse kõrge efektiivsusega õhufiltrite rühma kaudu, mis asub puhaste ruumide laes. Õhuvarustus on korraldatud vastavalt põhimõttele, et õhu kolb liigub allapoole läbi kogu ruumi, eemaldades samal ajal saastumise. Õhk eemaldatakse läbi põranda. Seda tüüpi õhu liikumine aitab eemaldada aerosoolide saasteaineid, mille allikad on töötajad ja protsessid. Ventilatsiooni selline korraldamine on suunatud ruumi õhu puhtuse tagamisele, kuid see nõuab suurt õhutarbimist ja on seetõttu ebaökonoomne. Klassi 1000 või klassi 6 (vastavalt ISO klassifikatsioonile) puhaste ruumide õhuvahetus võib olla vahemikus 70 kuni 160 korda / h.

Tulevikus ilmusid ratsionaalsemad, väiksemate mõõtmetega modulaarset tüüpi seadmed, mis võimaldavad teil valida õhu sisselaskeava, lähtudes kaitseala suurusest ja ruumis vajalikest õhuvahetuse kiirustest, sõltuvalt ruumi eesmärgist.

Laminaarsete õhujagajate töö analüüs

Laminaarseadmeid kasutatakse puhastes ruumides ja need väljutavad suures koguses õhku, tagades selleks spetsiaalselt loodud lagede, põrandakatte ja ruumi rõhu reguleerimise. Nendes tingimustes tagatakse laminaarse voolu jaotujatega paralleelsete voolujoontega nõutav ühesuunaline vool. Kõrge õhuvahetuskiirus aitab säilitada sissepuhkevoolu isotermiliste tingimuste lähedal. Suure õhuvahetuse korral õhu jaotamiseks ette nähtud laed tagavad oma suure pindala tõttu madala õhuvoolu kiiruse. Põrandatasandil väljalaskesüsteemid ja õhurõhu reguleerimine minimeerivad tsirkulatsioonitsoone ja põhimõte „üks vahekäik, üks väljalaskeava“ töötab hõlpsalt. Suspendeerunud osakesed surutakse põrandale ja eemaldatakse, nii et retsirkulatsiooni oht on väike.

Kui sellised õhujagajad tegutsevad operatsioonisaalis, muutub olukord aga märkimisväärselt. Operatsiooniruumides lubatud bakterioloogilise õhu puhtuse taseme säilitamiseks on arvutatud õhuvahetuse väärtused tavaliselt keskmiselt 25 korda / h või isegi vähem, see tähendab, et need pole võrreldavad tööstusruumide väärtustega. Operatsiooniruumi ja külgnevate ruumide vahelise stabiilse õhuvoolu säilitamiseks hoitakse tavaliselt ülerõhku. Õhu eemaldamine toimub väljalaskeseadmete kaudu, mis on sümmeetriliselt paigaldatud ruumi alumise tsooni seintele. Väiksemate õhukoguste jaotamiseks kasutatakse reeglina väikese ala laminaarseadmeid, mis paigaldatakse kogu lae asemel ainult ruumi kriitilise tsooni kohale ruumi keskel asuva saare kujul.

Vaatlused näitavad, et sellised laminaarsed seadmed ei taga alati ühesuunalist voolu. Kuna varustusjoa temperatuur ja ümbritseva õhu temperatuur (5–7 ° C) on peaaegu alati erinevad, laskub toiteseadmest väljuv külmem õhk palju kiiremini kui isotermiline ühesuunaline vool. See on tavaline nähtus üldkasutatavates hoonetes kasutatavate laevaljude kohta. On levinud eksiarvamus, et laminaadid tagavad stabiilse, ühesuunalise õhuvoolu, olenemata sellest, kus või kuidas neid kasutatakse. Tegelikult suureneb reaalsetes tingimustes madala temperatuuriga vertikaalse laminaarse voolu kiirus põrandale lähenedes. Mida suurem on sissepuhkeõhu maht ja mida madalam on selle temperatuur ruumiõhu suhtes, seda suurem on selle voolu kiirendus. Tabelist selgub, et laminaarsüsteemi kasutamine, mille pindala on 3 m 2 ja temperatuuri langus on 9 ° C, suurendab õhu kiirust kolm korda juba 1,8 m kaugusel raja algusest. Õhu kiirus toiteallika väljalaskeaval on 0,15 m / s ja töölaua tasemel ulatub see 0,46 m / s. See väärtus ületab lubatava taseme. Paljud uuringud on juba ammu tõestanud, et selle "ühesuunalist" on võimatu säilitada kõrge vooluhulgaga. Operatsiooniruumide õhukontrolli analüüs, mille viisid läbi eriti Salvati (1982) ja Lewis (Lewis, 1993), näitas, et mõnel juhul suurendab suure õhukiirusega laminaarseadmete kasutamine õhu saastumise taset kirurgilise sisselõike piirkonnas. hilisem nakkusoht.

Õhuvoolu kiirus versus pindala laminaarpaneel ja sissepuhkeõhu temperatuur

Õhutarve, m 3 / (h.m 2) Rõhk, Pa Õhukiirus paneelist 2 m kaugusel, m / s 3 ° C 6 ° C 8 ° C T ° 11 ° C NC Üks paneel 183 2 0,10 0,13 0,15 0,18 <20 366 8 0,18 0,20 0,23 0,28 <20 549 18 0,25 0,31 0,36 0,41 21 732 32 0,33 0,41 0,48 0,53 25 1,5-3,0 m 2 183 2 0,10 0,15 0,15 0,18 <20 366 8 0,18 0,23 0,25 0,31 22 549 18 0,25 0,33 0,41 0,46 26 732 32 0,36 0,46 0,53 - 30 Rohkem kui 3 m 2 183 2 0,13 0,15 0,18 0,20 21 366 8 0,20 0,25 0,31 0,33 25 549 18 0,31 0,38 0,46 0,51 29 732 32 0,41 0,51 - - 33

T - sissepuhke- ja välisõhu temperatuuri erinevus

Kui vool liigub, on algpunktis õhuvoolu jooned paralleelsed, siis voolu piirid muutuvad, kitsenedes põranda poole ja see ei suuda enam kaitsta laminaarse paigalduse mõõtmetega määratletud ala. Õhu kiirusel 0,46 m / s hõivab vool ruumist madala liikuva õhu. Kuna ruumis eralduvad pidevalt bakteriosakesed, segatakse saastunud osakesed toiteseadmest tuleva õhuvoolu hulka, kuna nende eraldumise allikad töötavad ruumis pidevalt. Seda hõlbustab õhu ringlus, mis tuleneb õhu survestamisest ruumis. Operatsiooniruumide puhtuse tagamiseks tuleb vastavalt standarditele tagada õhu tasakaalustamatus, ületades heitgaasi sissevoolu 10%. Liigne õhk liigub külgnevatesse vähem puhastesse ruumidesse. Kaasaegsetes tingimustes kasutatakse operatsiooniruumides sageli pitseeritud lükanduksi, liigsest õhust pole kuhugi minna, see ringleb kogu ruumis ja juhitakse tagasi õhu sisselaskeavasse, kasutades sisseehitatud ventilaatoreid filtrite edasiseks puhastamiseks ja ruumi teiseseks toiteks. Ringlev õhk kogub toaõhust kõik saastunud osakesed ja siseneva õhu lähedal liikudes võib selle reostada. Voolu piiride rikkumise tõttu segatakse ümbritsevast ruumist õhk selle sisse ja patogeensete osakeste tungimine steriilsesse tsooni, mida peetakse kaitstuks.

Suur liikuvus aitab kaasa surnud nahaosakeste intensiivsele koorumisele meditsiinitöötajate kaitsmata nahapiirkondadest ja nende sisenemisest otse kirurgilisse sisselõikusse. Teisest küljest tuleb märkida, et nakkushaiguste arengu operatsioonijärgsel perioodil põhjustab patsiendi hüpotermiline seisund, mis suureneb suurenenud liikuvuse külma õhuvooludega kokkupuutel.

Seega võib laminaarse õhuvoolu hajuti, mida tavaliselt kasutatakse ja mida tõhusalt juhitakse puhtas ruumis, kahjustada tavapärases tööruumis toimimist.

See vestlus kehtib laminaarseadmete kohta, mille keskmine pindala on umbes 3 m 2 - optimaalne tööala kaitsmiseks. Ameerika nõuete kohaselt ei tohiks õhuvoolu kiirus laminaarpaneelide väljalaskeaval ületada 0,15 m / s, see tähendab, et alates 1 jalga 2 (0,09 m 2) paneeli pindalast peab ruumi sisenema 14 l / s õhku. Meie puhul on see 466 l / s (1677,6 m 3 / h) ehk umbes 17 korda / h. Operatsiooniruumides toimuva õhuvahetuse standardväärtuse kohaselt peaks see olema 20 korda tunnis, iga kord 25 korda tunnis, seega on 17 korda tunnis täielikult nõuetele vastav. Selgub, et väärtus 20 korda / h vastab ruumile, mille maht on 64 m 3.

Tänapäevaste standardite kohaselt peaks tavalise operatsiooniruumi pindala (üldkirurgiline profiil) olema vähemalt 36 m 2. Ja keerukamate operatsioonide (kardioloogilised, ortopeedilised jms) operatsioonisaalide jaoks on nõuded palju kõrgemad ja sageli võib sellise operatsiooniruumi maht ületada 135-150 m 3. Nendel juhtudel nõuab õhu jaotussüsteem oluliselt suuremat pindala ja õhumahtu.

Õhuvoolu korraldamisel suuremates operatsiooniruumides tekib probleem laminaarse voolu jälgimisel väljumistasandilt operatsioonilaua tasemele. Mitmes operatsiooniruumis viidi läbi uuringuid õhuvoolude käitumise kohta. Laminaarpaneelid paigaldati erinevatesse ruumidesse, mis jaotati pindala järgi kahte rühma: 1,5–3 m 2 ja üle 3 m 3, ning paigaldati katselised kliimaseadmed, mis võimaldasid sissepuhkeõhu temperatuuri muuta. Sissetuleva õhu voolukiiruse mõõtmised viidi läbi mitmel korral erineva voolukiiruse ja temperatuuri langusega, mille tulemusi võib näha tabelist.

Puhtuse kriteeriumid

Õiged otsused operatsiooniruumides õhu jaotuse korraldamise kohta: tarnepaneelide ratsionaalse suuruse valimine, standardse vooluhulga ja sissepuhkeõhu temperatuuri tagamine - ei taga õhu täielikku desinfitseerimist ruumis. Operatsioonisaalide õhu desinfitseerimise küsimus tõstatati rohkem kui 30 aastat tagasi, kui tehti ettepanek mitmesuguste epidemioloogiavastaste meetmete kohta. Ja nüüd on haiglate projekteerimist ja käitamist käsitlevate tänapäevaste regulatiivdokumentide nõuete eesmärk õhu desinfitseerimine, kus HVAC-süsteemid on esitatud peamise viisina nakkuste leviku ja kuhjumise vältimiseks.

Näiteks peab standard oma nõuete peamiseks eesmärgiks dekontaminatsiooni, selles märgitakse: "korralikult kavandatud HVAC-süsteem minimeerib viiruste, bakterite, seente eoste ja muude bioloogiliste saasteainete leviku õhus", HVAC-süsteemid mängivad suurt rolli nakkuste ja muude kahjulike tegurite ohjamisel. Esiletõstetud on nõue operatsiooniruumide kliimaseadmete kohta: "Õhuvarustussüsteem peaks olema konstrueeritud nii, et bakterite tungimine steriilsetesse piirkondadesse koos õhuga oleks minimaalne ja ka ülejäänud operatsiooniruumis oleks maksimaalne puhtuse tase."

Normatiivdokumendid ei sisalda aga otseseid nõudeid erinevate ventilatsioonimeetodite desinfitseerimise tõhususe määramiseks ja jälgimiseks ning disainerid peavad sageli tegelema otsingutegevustega, mis võtab palju aega ja eemaldab põhitöö.

Meie riigis on haiglahoonete kütte- ja kanalisatsioonisüsteemide projekteerimise kohta palju erinevat regulatiivset kirjandust ning kõikjal on õhust desinfitseerimise nõudeid, mida mitmel objektiivsel põhjusel on disaineritel praktiliselt keeruline rakendada. See nõuab mitte ainult kaasaegsete desinfitseerimisseadmete ja nende kasutamise õigsuse tundmist, vaid mis kõige tähtsam - siseõhu edasist õigeaegset epidemioloogilist kontrolli, mis annab aimu HVAC-süsteemide kvaliteedist, kuid mida kahjuks alati ei tehta. Kui puhaste tööstusruumide puhtuse hindamisel võetakse aluseks osakesi (näiteks tolmuosakesi), siis meditsiinihoonete puhaste ruumide õhu puhtuse indikaatoriks on elavad baktereid või kolooniaid moodustavad osakesed, mille lubatud tase on toodud sisse. Nende tasemete säilitamiseks tuleks regulaarselt jälgida mikrokeskkonna näitajate ilmnemist keskkonnakeskkonnas, mille jaoks on vaja osata neid arvestada. Mikroorganismide kogumise ja loendamise metoodikat õhu puhtuse hindamiseks ei ole veel üheski regulatiivses dokumendis esitatud. On oluline, et mikroobide osakeste loendamine toimuks operatsioonitoas, see tähendab operatsiooni ajal. Kuid selleks peab õhujaotussüsteemi projekt ja paigaldus olema valmis. Enne operatsioonitoas töötamist ei saa kindlaks teha desinfitseerimise taset ega süsteemi tõhusust; seda saab teha ainult vähemalt mitme tööprotsessi tingimustes. Inseneride jaoks valmistab see suuri raskusi, kuna uuringud on küll vajalikud, kuid on haigla epideemiavastase distsipliini järgimise protseduuriga vastuolus.

Õhukardin

Operatsiooniruumis vajaliku õhuvoolu tagamiseks on oluline korralikult korraldada õhuvarustuse ja eemaldamise ühine töö. Toite- ja väljalaskeseadmete ratsionaalne paigutamine operatsiooniruumi võib parandada õhuvoolu liikumise olemust.

Operatsioonisaalides ei ole võimalik õhu jaotamiseks kasutada nii kogu lae pinda kui ka õhu eemaldamiseks põrandapinda. Põrandal olevad kapuutsid on ebahügieenilised, kuna need määrduvad kiiresti ja neid on raske puhastada. Mahukad, keerukad ja kallid süsteemid ei leidnud oma rakendust väikestes operatsioonisaalides. Nendel põhjustel on kõige ratsionaalsem laminaarsete paneelide "saar" paigutus kriitilise ala kohal koos väljalaskeavade paigaldamisega seinte alumisse ossa. See võimaldab õhuvoolu simuleerida puhtas tööstusruumis odavamal ja vähem koormaval viisil. Edukaks osutus selline meetod nagu kaitsetõkke põhimõttel töötavate õhkkardinate kasutamine. Õhukardin toimib hästi sissepuhkevooluga kitsa suurema õhukiirusega õhu kesta kujul, mis on spetsiaalselt korraldatud lae perimeetri ümber. Õhukardin töötab õhu eemaldamiseks pidevalt ja takistab saastunud välisõhu sisenemist laminaarvoolu.

Õhukardina toimimise mõistmiseks tuleks ette kujutada operatsiooni tuba, mille väljatõmbekapp on paigutatud ruumi neljale küljele. Lagi keskel asuvalt “laminaarsaarelt” tuleva sissepuhkeõhk läheb ainult alla, laienedes laskudes seinte poole. See lahendus vähendab retsirkulatsioonitsoone, seisvate alade suurust, kuhu patogeensed mikroorganismid kogunevad, ning takistab ka laminaarse voolu segunemist ruumiõhuga, vähendab selle kiirendust ja stabiliseerib kiirust, mille tagajärjel allapoole suunatud vool katab (lukustab) kogu steriilse tsooni. See aitab kaitsealast bioloogilisi saasteaineid eemaldada ja keskkonnast isoleerida.

Joon. 1 näitab standardset õhkkardina kujundust koos piludega ruumi ümber. Ekstraheerimise korraldamisel mööda laminaarse voolu perimeetrit see venib, see laieneb ja täidab kardina sees kogu tsooni, mille tagajärjel välditakse "ahenemise" mõju ja stabiliseeritakse laminaarse voolu vajalik kiirus.

Joon. 3 näitab õigesti konstrueeritud õhkkardina korral tekkiva tegeliku (mõõdetud) kiiruse väärtusi, mis näitavad selgelt laminaarse voolu vastasmõju õhukardinaga ja laminaarvool liigub ühtlaselt. Õhukardin välistab vajaduse paigaldada mahukas väljalaskesüsteem kogu ruumi perimeetri ümber, selle asemel on seinad varustatud traditsioonilise väljalaskesüsteemiga, nagu see on operatsiooniruumides tavaline. Õhukardin kaitseb vahetult kirurgilise personali ja laua ümbrust, takistades saastunud osakeste naasmist primaarsesse õhuvoolu.

Pärast õhukardina projekti kerkib küsimus, millist desinfitseerimise taset on selle töö ajal võimalik saavutada. Halvasti konstrueeritud õhukardin ei ole tõhusam kui traditsiooniline laminaarsüsteem. Projekteerimisviga võib olla suur õhu kiirus, kuna selline kardin "tõmbab" laminaarse voo liiga kiiresti, see tähendab juba enne operatsiooni põrandale jõudmist. Voolukäitumist ei saa kontrollida ja võib olla oht, et saastunud osakesed lekivad tööpiirkonda põrandapinnalt. Samuti ei saa madala imemisastmega õhkkardin laminaarset voolu tõhusalt summutada ja selle saab sinna tõmmata. Sel juhul on ruumi õhurežiim sama, kui ainult laminaarse toiteseadme kasutamisel. Projekteerimisel on oluline õigesti määrata kiirusevahemik ja valida sobiv süsteem. See mõjutab otseselt desinfitseerimise omaduste arvutamist.

Vaatamata õhkkardinate selgetele eelistele ei tohiks neid pimesi rakendada. Operatsiooni ajal õhkkardinate tekitatav steriilne õhuvool ei ole alati vajalik. Vajadus tagada õhu desinfitseerimise tase tuleks lahendada koos tehnoloogidega, kelle ülesandeks peaksid sel juhul olema konkreetsetes operatsioonides osalevad kirurgid.

Järeldus

Laminaari vertikaalne vool võib sõltuvalt töörežiimist käituda ettearvamatult. Puhtates ruumides kasutatavad laminaarpaneelid ei suuda reeglina tagada operatsiooniruumides vajalikku saastest puhastamise taset. Õhukardinasüsteemid aitavad korrigeerida laminaarse vertikaalse voolu mustreid. Õhukardinad on optimaalne lahendus operatsiooniruumide õhukeskkonna bakterioloogilise jälgimise probleemile, eriti pikaajaliste kirurgiliste operatsioonide ajal ja kahjustatud immuunsussüsteemiga patsientide otsimisel, kelle jaoks õhus levivad nakkused kujutavad endast erilist ohtu.

Artikli koostas A. P. Borisoglebskaya, kasutades ajakirja "ASHRAE" materjale.

Vedeliku liikumist, mida täheldatakse väikestel kiirustel, mille korral üksikud vedelikuvood liiguvad paralleelselt üksteise ja voolu teljega, nimetatakse vedeliku liikumise laminaarseks režiimiks.

Laminaarne liikumine katsetes

Vedeliku liikumise laminaarse režiimi väga visuaalse ülevaate saab Reynoldsi eksperimendist. Täpsem kirjeldus .

Vedel keskkond voolab paagist läbi läbipaistva toru ja kraani kaudu kanalisatsiooni. Seega voolab vedelik teatud väikese ja konstantse voolukiirusega.

Toru sisendisse on paigaldatud õhuke toru, mille kaudu värviline keskkond siseneb voolu keskosasse.

Kui värv siseneb vedelikuvoogu, mis liigub väikesel kiirusel, liigub punane värv ühtlases voolus. Selle kogemuse põhjal võib järeldada, et vedelik on kihiline, segamata ja keeriseta.

Sellist vedeliku voolu režiimi nimetatakse tavaliselt laminaarseks.

Vaatleme laminaarse režiimi peamisi seadusi ümarate torude ühtlase liikumisega, piirdudes juhtudega, kui toru telg on horisontaalne.

Sel juhul kaalume juba moodustatud voolu, s.t. voolu sektsioonis, mille algus asub toru sisselaskesektsioonist kaugusel, mis tagab kiiruse jaotuse lõpliku stabiilse vormi voolu lõigul.

Pidades silmas, et laminaarse voolu režiimil on kihiline (joa) iseloom ja see toimub ilma osakeste segamiseta, tuleks eeldada, et laminaarses voolus on ainult toru teljega paralleelsed kiirused, samas kui ristikiirusi ei esine.

Võib ette kujutada, et sel juhul jaguneb liikuv vedelik, nagu see oli, lõpmata suureks hulgaks lõpmata õhukesteks silindrilisteks kihtideks, mis on paralleelsed torujuhtme teljega ja liiguvad üksteise sees erineva kiirusega, suurenedes seintelt toru telje suunas.

Sellisel juhul on kleepumisefekti tõttu kihi kiirus seintega vahetus kontaktis oleva kihi korral võrdne nulliga ja saavutab maksimaalse väärtuse piki toru telge liikuvas kihis.

Laminaari voolu valem

Vastuvõetud liikumisskeem ja ülaltoodud eeldused võimaldavad teoreetiliselt kehtestada laminaarses režiimis voolu ristlõike kiiruste jaotuse seaduse.

Selleks toimige järgmiselt. Tähistame toru sisemist raadiust r-ga ja valige koordinaatide lähtepunkt selle ristlõike O keskel, suunates x-telje piki toru telge ja z-telge piki vertikaali.

Valime nüüd toru sees vedeliku mahu raadiusega y mõne pikkusega y ja pikkusega L ning rakendame sellele Bernoulli võrrandit. Kuna toru horisontaaltelje tõttu on z1 \u003d z2 \u003d 0, siis

kus R on valitud silindrilise ruumala ristlõike hüdrauliline raadius \u003d y / 2

τ - ühiku hõõrdejõud \u003d - μ * dü / dy

Asendades R ja τ väärtused algsesse võrrandisse, saame

Täpsustades y-koordinaadi erinevaid väärtusi, saate arvutada kiirused lõigu suvalises punktis. Maksimaalne kiirus on ilmselgelt y \u003d 0, s.o. toru teljel.

Nende võrrandite graafiliseks kujutamiseks on vaja teatud suvalisel skaalal mõne suvalise sirgjoonest AA edasi lükata vedelikust allavoolu suunatud segmentide kujul olevad kiirused ja ühendada segmentide otsad sujuva kõveraga.

Saadud kõver tähistab kiiruse jaotuskõverat voolu ristlõikes.

Ristlõike hõõrdejõu τ muutuste graafik näeb välja täiesti erinev. Seega muutuvad silindrilise toru laminaarses režiimis voolu ristlõikes kiirused vastavalt parabooli seadusele ja nihkepinged vastavalt lineaarsele.

Saadud tulemused kehtivad täielikult välja töötatud laminaarse vooluga torusektsioonide kohta. Tegelikult peab torusse sisenev vedelik läbima teatud lõigu sisselaskesektsioonist enne, kui torus kehtestatakse laminaarsele režiimile vastav kiiruse jaotuse paraboolne seadus.

Laminaarse voolu areng torus

Laminaarse režiimi arengut torus võib ette kujutada järgmiselt. Näiteks laske vedelikul siseneda hästi ümmarguste sisendservadega mahutist torusse.

Sel juhul on kiirused sisselaske ristlõike kõigis punktides praktiliselt ühesugused, välja arvatud väga õhuke, niinimetatud seina lähedal olev kiht (seinte lähedal asuv kiht), milles vedeliku nakkuvuse tõttu seintega toimub kiiruse peaaegu järsk langus nullini. Seetõttu saab sisselaskesektsiooni kiiruskõverat esitada üsna täpselt sirgjoonelise segmentina.

Sissepääsust kaugel hakkavad seinte hõõrdumise tõttu piirkihiga külgnevad vedeliku kihid aeglustuma, selle kihi paksus suureneb järk-järgult ja liikumine selles, vastupidi, aeglustub.

Voolu keskosa (voolu tuum), mis pole veel hõõrdumisega hõivatud, liigub edasi tervikuna, kõigi kihtide jaoks umbes sama kiirusega ning seina lähedal oleva kihi aeglustumine põhjustab paratamatult kiiruse suurenemist südamikus.

Nii suureneb toru keskel, südamikus voolu kiirus kogu aeg, samal ajal kui seinte ääres, kasvavas piirkihis, see väheneb. See toimub seni, kuni piirkiht katab kogu voolusektsiooni ja südamik vähendatakse nullini. See viib voolu moodustumise lõpule ja kiiruskõver võtab laminaarse režiimi jaoks tavalise parabooli kuju.

Üleminek laminaarselt turbulentsele voolule

Vedeliku laminaarne vool võib teatud tingimustel muutuda turbulentseks. Voolu voolukiiruse suurenemisega hakkab voolu kihiline struktuur varisema, ilmnevad lained ja keerised, mille levimine voolus näitab kasvavat häiret.

Järk-järgult hakkab keeriste arv suurenema ja suureneb, kuni tikk puruneb paljudeks väiksemateks trikkideks, mis omavahel segunevad.

Selliste väikeste ojade kaootiline liikumine viitab laminaarse voolu režiimi turbulentsele üleminekule. Kiiruse suurenemisega kaotab laminaarvool oma stabiilsuse, samas kui kõik juhuslikud väikesed häired, mis varem põhjustasid ainult väikeseid kõikumisi, hakkavad kiiresti arenema.

Video laminaarse voolu kohta

Koduses olukorras saab üleminekut ühelt voolurežiimilt teisele jälgida suitsujoa näitel. Alguses liiguvad osakesed peaaegu paralleelselt mööda trajektoore, mis aja jooksul ei muutu. Suits on praktiliselt liikumatu. Aja jooksul ilmuvad mõnes kohas äkki suured pöörised, mis liiguvad mööda kaootilisi trajektoore. Need keerised lagunevad väiksemateks, need veelgi väiksemateks jne. Lõpuks seguneb suits praktiliselt ümbritseva õhuga.

Kui vedelik voolab läbi suletud kanali, näiteks toru või kahe lameda plaadi, võib sõltuvalt vedeliku kiirusest ja viskoossusest toimuda kumbagi tüüpi vool: laminaarne või turbulentne vool. Laminaarvool kipub toimuma väiksematel kiirustel, alla künnise, mille juures see muutub turbulentseks. Turbulentne vool on vähem korrapärane voolumudel, mida iseloomustavad pöörised või vedelate osakeste väikesed pakid, mille tulemuseks on külgmine segunemine. Mitteteaduslikus mõttes on laminaarne voog sujuv , samas kui turbulentne vool on ebaviisakas .

Seos Reynoldsi numbriga

Kanalis olevas vedelikus esinev voolu tüüp on oluline vedeliku dünaamika probleemide korral ja seda mõjutab seejärel soojuse ja massi ülekandumine vedelike süsteemides. Mõõtmeteta Reynoldsi arv on oluline parameeter võrrandites, mis kirjeldavad, kas viia täielikult välja töötatud voolutingimused laminaarsesse või turbulentsesse voolu. Reynoldsi arv on vedeliku inertsjõu ja nihkejõu suhe: kui kiiresti vedelik liigub, kui viskoosne see on, sõltumata vedeliku süsteemi ulatusest. Laminaarvool toimub tavaliselt siis, kui vedelik liigub aeglaselt või vedelik on väga viskoosne. Kui Reynoldsi arv suureneb, näiteks vedeliku voolukiiruse suurendamisega, liigub vool laminaarsest turbulentsesse voolu teatud vahemikus Reynoldsi laminaar-turbulentse vahemiku ülemineku vahemikus sõltuvalt vedeliku väikestest häiretest või voolusüsteemi puudustest. Kui Reynoldsi arv on väga väike, palju väiksem kui 1, siis voolab vedelik Stoksi ehk hiiliva voolavusega, kus vedeliku viskoossuse jõud domineerib inertsjõududega.

Reynoldsi arvu konkreetne arvutus ja laminaarse voolu väärtused sõltuvad voolusüsteemi geomeetriast ja voolu struktuurist. Üldine näide voolust läbi toru, kus Reynoldsi arv on määratletud kui

R e \u003d ρ u DH μ \u003d u DH ν \u003d QDH ν A, (\\ displaystyle \\ mathrm (Re) \u003d (\\ frac (\\ rho uD _ (\\ text (H))) (\\ mu)) \u003d (\\ frac ( uD _ (\\ tekst (H))) (\\ nu)) \u003d (\\ frac (QD _ (\\ tekst (H))) (\\ nu A)),) D H on hüdraulilise toru läbimõõt (m); Q on mahuline voolukiirus (m 3 / s); See on toru ristlõike pindala (m 2); U on keskmine vedeliku kiirus (SI ühikud: m / s); μ on vedeliku dünaamiline viskoossus (Pa · s \u003d N · s / m 2 \u003d kg / (m · s)); ν on vedeliku kinemaatiline viskoossus, ν = μ / p (m 2 / s); ρ tähistab vedeliku tihedust (kg / m 3).

Selliste süsteemide puhul toimub laminaarne voog siis, kui Reynoldsi arv on alla kriitilise väärtuse umbes 2040, ehkki üleminekuvahemik on tavaliselt 1800 kuni 2100.

Objekti ümbritseva voolu tüübi ennustamiseks võib välispinnal esinevate hüdrauliliste süsteemide, näiteks vedelikus suspendeeritud objektide ümber toimuva voolu korral kasutada Reynoldsi arvu muude määratluste kasutamist. Osakesi Reynoldsi arvu Re p kasutatakse näiteks vedelikus suspendeeritud osakeste jaoks. Nagu torude voolu korral, kipub laminaarne vool tekkima väiksematel Reynoldsi arvudel, samas kui turbulentsed vool ja sellega seotud nähtused, näiteks keerised, esinevad suurema Reynoldsi arvu korral.

Näited

Laminaarvoolu tavaliseks rakenduseks on viskoosse vedeliku sujuv vool läbi toru või toru. Sel juhul muutub voolukiirus nullist maksimaalsetes seintes piki anuma ristlõike keskpunkti. Torus oleva laminaarse voolu voolu profiili saab arvutada, jagades voolu õhukesteks silindrilisteks elementideks ja rakendades neile viskoosse jõu.

Teine näide oleks õhuvool lennuki tiiva kohal. Piirkiht on väga õhuke õhukiht, mis asub tiiva (ja kõigi muude lennuki pindade) pinnal. Kuna õhk on viskoosne, kipub see õhukiht tiibu kleepuma. Kui tiib liigub läbi õhu edasi, voolab piirkiht esmalt sujuvalt üle voolujoonelise kuju aerodünaamikast. Siin on vool laminaarne ja piirkihiks laminaarkiht. Prandtl rakendas aerodünaamiliste pindadega laminaarse piirkihi kontseptsiooni 1904. aastal.

laminaarsed voolutõkked

Laminaari õhuvoolu kasutatakse õhumahtude eraldamiseks või õhusaasteainete sisenemise takistamiseks piirkonda. Laminaari voogudesid kasutatakse teaduse, elektroonika ja meditsiini tundlikest protsessidest põhjustatud saastumise kõrvaldamiseks. Õhukardinaid kasutatakse sageli kaubanduses, et kuumutatud või jahutatud õhk pääseb ukseavade kaudu. Laminaarse voolureaktor (LFR) on reaktor, mis kasutab laminaarse voolu abil keemiliste reaktsioonide ja protsessimehhanismide uurimiseks.

Tööstusruumide õhk on potentsiaalne uimastite saastumise allikas, seetõttu on selle puhastamine tehnoloogilise hügieeni üks võtmeküsimusi. Ruumi õhu puhtuse tase määrab puhtusklassi.

Steriilsete lahuste tootmiseks tolmuvaba steriilse õhuga kasutatakse nii tavalisi turbulentseid ventilatsioonisüsteeme, mis tagavad õhu steriilsuse ruumis, kui ka süsteeme, mille õhuvool on laminaarne kogu ruumi piirkonnas või teatud tööpiirkondades.

Turbulentse voolu korral sisaldab puhastatud õhk kuni 1 000 osakest 1 liitri kohta, kui õhku tarnitakse laminaarse vooluga kogu ruumi ruumis, on osakeste sisaldus õhus 100 korda väiksem.

Ruumid koos laminaarvoolus- need on ruumid, kus õhku juhitakse tööalale läbi filtrite, mis hõlmavad kogu seina või lagi, ja mis eemaldatakse õhu sisselaskeava vastas asuva pinna kaudu.

On kaks süsteemi: vertikaalne laminaarvool, milles õhk liigub ülevalt läbi lae ja väljub läbi liistupõranda, ja horisontaalne laminaarvool, milles õhk siseneb läbi ühe ja väljub läbi vastaskülje perforeeritud seina. Laminaarvool viib ruumist eemale kõik õhuallikad, mis pärinevad mis tahes allikatest (töötajad, seadmed jne).

Puhastes ruumides tuleks luua laminaarne vool. Laminaari õhuvoolu süsteemid peavad tagama ühtlase õhu kiiruse umbes 0,30 m / s vertikaalse ja umbes 0,45 m / s horisontaalse voolu korral. Õhu ettevalmistamine ja mehaaniliste lisandite ning mikrobioloogilise saastumise kontrollimine, samuti õhufiltrite tõhususe hindamine tuleks läbi viia vastavalt normatiivsele ja tehnilisele dokumentatsioonile.

Joon. 5.2 näitab erinevaid tolmuvaba õhu tootmisruumi tarnimise skeeme.

Joonis: 5.2. Tolmuvabad õhuvarustusskeemid: A - turbulentne vool; B - laminaarne vool

Vajaliku õhu puhtuse tagamiseks süsteemides "vertikaalne laminaarvool" ja "horisontaalne laminaarvool" kasutatakse filtreerimisseadmeid, mis koosnevad esialgsetest jämeda õhu puhastamise filtritest - ventilaatorist ja steriliseerimisfiltrist (joonis 5.3.).

Joonis: 5.3. Õhu filtreerimise ja steriliseerimise tehas:

1 - jäme filter; 2 - ventilaator; 3 - peenfilter

Õhu lõplikuks puhastamiseks selles sisalduvatest osakestest ja mikrofloorast kasutatakse LAIK-filtrit. Filtrimaterjalina kasutatakse üliõhukest perklorovinüülvaigu kiudaineid. See materjal on hüdrofoobne, vastupidav keemiliselt agressiivsele keskkonnale ja töötab temperatuuril mitte üle 60 ° C ja suhtelise õhuniiskuse kuni 100%. Viimasel ajal on laialt levinud kõrge efektiivsusega tahke õhu (HEPA) õhufiltrid.

Õhukeskkonna kõrge puhtusastmega saavutatakse filtreerimine läbi eelfiltri ja seejärel ventilaatori abil - läbi steriliseeriva filtri filtrimaterjaliga FPP-15-3, mis moodustab polükloritud vinüülpolümeerist valmistatud ultraõhukeste kiudude kihi. Tööruumidesse saab lisaks paigaldada liikuvaid tsirkuleerivaid õhupuhastiid VOPR-0.9 ja VOPR-1.5, mis tagavad õhu kiire ja tõhusa puhastamise tänu mehaanilisele filtreerimisele üliõhukeste kiudude filtri ja ultraviolettkiirguse kaudu. Töö ajal võib kasutada õhupuhastiid, kuna ei avalda töötajatele negatiivset mõju ega põhjusta ebameeldivaid aistinguid.

Ülimalt puhaste ruumide või selle sisemiste tsoonide loomiseks asetatakse spetsiaalne plokk, kuhu autonoomselt juhitakse steriilse õhu laminaarne voog.

Nõuded personalile ja kombinesoonidele

Tootmise varustamine laminaarse voolusüsteemiga ja ruumidesse puhta ja steriilse õhu tarnimine ei lahenda veel puhta õhu probleemi, kuna ka siseruumides töötavad töötajad on aktiivne saasteallikas. Seetõttu peaks vastavates juhistes ette nähtud minimaalne töötajate arv töö ajal olema puhastes tootmisruumides.

Ühe minuti jooksul eraldab inimene liikumata 100 tuhat osakest. Intensiivse töö käigus tõuseb see arv 10 miljonini. Keskmine inimese poolt ühe minuti jooksul eritunud mikroorganismide arv ulatub 1500-3000-ni. Seetõttu on ravimite kaitsmine inimeste saastumise eest tehnoloogilise hügieeni üks peamisi probleeme ja see lahendatakse peamiselt töötajate isikliku hügieeni ja tehnoloogiliste rõivaste kasutamise kaudu.

Tootmispiirkonda sisenevad töötajad peavad olema riietunud nende tootmistoiminguteks sobivasse riietusesse. Personali tehnoloogiline riietus peab vastama selle piirkonna puhtusklassile, kus nad töötavad, ja täitma oma peamist eesmärki - kaitsta toodet maksimaalselt inimeste eralduvate osakeste eest.

Töötajate tehnoloogilise riietuse põhieesmärk on kaitsta toote maksimaalset kaitset inimeste eralduvate osakeste eest. Eriti oluline on kangas, millest valmistatakse tehnoloogilisi rõivaid. Selle minimaalne kiudude eraldus, tolmu läbilaskevõime, tolmu läbilaskvus ja õhu läbilaskvus peavad olema vähemalt 300 m 3 / (m 2 s), hügroskoopsus vähemalt 7% ja see ei kogune elektrostaatilist laengut.

Erinevat tüüpi tsoonidesse kavandatud personali- ja tehnoloogilistele rõivastele kehtestatakse järgmised nõuded:

· D klass: juuksed peavad olema kaetud. Kandke üldist kaitseülikonda, sobivaid jalatseid või teksaseid.

· C klass: juuksed peavad olema kaetud. Pükstega ülikonda (ühe- või kaheosaline) tuleks kanda tihedalt liibuvate randmetega, kõrge kraega ja sobivate kingade või ülerõivastega. Rõivad ja jalatsid ei tohiks eraldada ebemeid ega osakesi.

· A / B puhtusklassi ruumides tuleb kanda steriilset pükskostüümi või kombinesooni, peakatteid, kingakatteid, maski, kummi- või plastkindaid. Kui vähegi võimalik, kasutage ühekordselt kasutatavaid või spetsiaalseid tööstuslikke rõivaid ja jalatseid, millel on minimaalne kiu ja tolmu hoidmise võime. Pükste põhi tuleks peita kingakatete sisse ja varrukad peaksid olema kinnastes.

Puhtates kohtades töötavatel inimestel peavad olema kõrged nõudmised isikliku hügieeni ja puhtuse osas. Ärge kandke puhastesse ruumidesse käekellasid, ehteid ja kosmeetikat.

Samuti on suur tähtsus riiete vahetamise sagedusel, sõltuvalt kliimatingimustest ja aastaajast. Konditsioneeritud õhu juuresolekul on soovitatav riideid vahetada vähemalt üks kord päevas ja kaitsemaski iga 2 tunni järel. Kummikindaid tuleb vahetada pärast iga kokkupuudet näo nahaga, samuti igal juhul, kui on olemas saastumise oht.

Kõik puhaste alade töötajad (sealhulgas puhastus- ja hooldustöötajad) peaksid saama süstemaatilist koolitust steriilsete toodete korrektse valmistamisega seotud küsimustes, sealhulgas hügieeni ja põhiliste mikrobioloogiate alal.

Puhtates ruumides töötav personal on kohustatud:

- rangelt piirama sisenemist "puhastesse" ruumidesse ja sealt väljumist vastavalt spetsiaalselt välja töötatud juhistele;

Viige tootmisprotsess läbi minimaalselt vajaliku personali arvuga. Ülevaatus- ja kontrolliprotseduurid tuleks üldiselt läbi viia väljaspool "puhtaid" alasid;

Piirata personali liikumist B- ja C-puhtusklasside ruumides; vältige äkilisi liikumisi tööpiirkonnas;

Ärge asuge õhuvoolu allika ja tööpiirkonna vahel, et vältida õhuvoolu suuna muutmist;

Ärge kummarduge avatud tootele ega avatud anumale ega puudutage seda;

Ärge korjake ega kasutage töö ajal põrandale kukkunud esemeid ega kasutage neid;

Enne "puhtasse" ruumi (treeninguruumis) sisenemist eemaldage kõik ehted ja kosmeetika, sealhulgas küünelakk, võtke dušš (vajadusel), peske käed, töödelge käsi desinfitseerimisvahenditega ja pange steriilsed tehnoloogilised rõivad ja jalanõud;

Vältige võõrastel teemadel rääkimist. Kogu suuline suhtlus väljaspool tootmisruume asuvate inimestega peaks toimuma sisetelefoni kaudu;

Teatage oma ülemustele kõigist rikkumistest, samuti sanitaar- ja hügieenirežiimi või kliimatingimuste kahjulikest muutustest.

Protsessinõuded

Samas ruumis ei ole lubatud toota erinevaid ravimeid korraga või järjest, välja arvatud juhtudel, kui puudub ristsaastumise oht, aga ka eri tüüpi toorainete, vahesaaduste, materjalide, vahe- ja valmistoodete segamine ja segadusse ajamine.

Tootmisrajatistes teostatav kontroll tootmise ajal ei tohiks negatiivselt mõjutada tehnoloogilist protsessi ja toote kvaliteeti.

Kõigis tehnoloogilise protsessi etappides, sealhulgas steriliseerimisele eelnevates etappides, on vaja võtta meetmeid mikroobide saastumise minimeerimiseks.

Lahuste valmistamise alguse ja nende steriliseerimise või steriliseerimisega tehtavad intervallid peaksid olema minimaalsed ja valideerimisprotsessi ajal kehtestatud piirangutega (ajalised piirangud).

Elusaid mikroorganisme sisaldavaid preparaate on keelatud toota ja pakendada ruumidesse, mis on ette nähtud muude ravimite tootmiseks.

Veeallikaid, veetöötlusseadmeid ja töödeldud vett tuleb regulaarselt jälgida keemilise ja mikrobioloogilise saastumise ning vajadusel endotoksiinide saastumise osas, et tagada vee kvaliteedi vastavus regulatiivsetele nõuetele.

Kõik gaasid, mis protsessi jooksul puutuvad kokku lahuste või muude vahesaadustega, peavad olema steriliseeritud filtrimisega.

Materjale, mis kipuvad moodustama kiudu koos võimaliku keskkonda sattumisega, ei tohiks reeglina kasutada puhastesse ruumidesse ning tehnoloogilise protsessi läbiviimisel aseptilistes tingimustes on nende kasutamine täielikult keelatud.

Pärast esmase pakendi ja seadmete lõpliku puhastamise etappe (toiminguid) tehnoloogilise protsessi edasise läbiviimise ajal tuleb neid kasutada nii, et need ei saastuks uuesti.

Uute tehnikate, seadmete asendamise ja tehnoloogilise protsessi läbiviimise meetodite tõhusus tuleks kinnitada valideerimise käigus, mida tuleks korrata korrapäraselt vastavalt väljatöötatud ajakavale.

Nõuded tehnoloogilistele seadmetele

Tootmisseadmed ei tohiks kahjustada toodete kvaliteeti. Seadmega kokkupuutuvad osad või pinnad peavad olema valmistatud materjalidest, mis ei reageeri tootega, neil ei tohi olla absorbeerimisomadusi ega eraldu aineid sellisel määral, et see võib mõjutada toote kvaliteeti.

Üks võimalus nende probleemide lahendamiseks on kaasaegse kasutamine automaatsed read süstitavate ravimite ampulatsioon.

Toorainete ja materjalide vedu tootmispiirkondadesse ja sealt välja on üks tõsisemaid saasteallikaid. Seetõttu võivad ülekandeseadmete konstruktsioonid ulatuda ühe- või kaheukselistest seadmetest kuni täielikult suletud süsteemideni koos nende jaoks mõeldud steriliseerimistsooniga (steriliseeriv tunnel).

Isolaatorid saab kasutusele võtta alles pärast asjakohast valideerimist. Valideerimisel tuleks arvesse võtta kõiki eraldamistehnoloogia kriitilisi tegureid (nt õhukvaliteet isolaatoris ja väljaspool, ülekandetehnoloogia ja isolaatori terviklikkus).

Erilist tähelepanu tuleks pöörata:

Seadmete kujundus ja kvalifikatsioon

· Kohapeal puhastamise ja kohapeal steriliseerimise protsesside valideerimine ja reprodutseeritavus

Keskkond, kuhu seadmed on paigaldatud

Käitaja kvalifikatsioon ja koolitus

· Operaatorite tehnoloogiliste rõivaste puhtus.

Kvaliteedikontrolli nõuded

Süstelahuste tootmise tehnoloogilise protsessi käigus on vajalik vahepealne (astmeline) kvaliteedikontroll, s.o. pärast iga tehnoloogilist etappi (operatsiooni) lükatakse ampullid, viaalid, elastsed mahutid jne välja, mis ei vasta teatud nõuetele. Niisiis, pärast raviaine lahustumist (isotoniseerimine, stabiliseerimine jne) on kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis, lahuse pH, tihedus jne; pärast täitmist - valikuliselt mahutite täitmise maht jne.

Vastuvõetud toormaterjalid, materjalid, vahetooted, samuti valmistatud vahe- või valmistooted kohe pärast tehnoloogilise protsessi vastuvõtmist või lõpuleviimist, enne nende kasutamise võimaluse üle otsustamist, peavad olema karantiinis. Valmistooteid ei lubata müüa enne, kui nende kvaliteet on rahuldav.

Parenteraalseks kasutamiseks mõeldud vedelaid ravimeid jälgitakse tavaliselt järgmiste kvaliteedinäitajate osas: kirjeldus, identifitseerimine, selgus, värvus, pH, kaasnevad lisandid, ekstraheeritav maht, steriilsus, pürogeenid, ebanormaalne toksilisus, tahked osakesed, toimeainete, antimikroobsete säilitusainete ja orgaaniliste lahustite kvantifitseerimine.

Parenteraalseks kasutamiseks mõeldud vedelate ravimite korral viskoossete vedelike kujul kontrollitakse täiendavalt tihedust.

Suspensioonidena parenteraalselt kasutatavate vedelate ravimite puhul kontrollitakse täiendavalt osakeste suurust, sisu ühtlust (üheannuseliste suspensioonide korral) ja suspensiooni stabiilsust.

Süste- või intravenoosse infusioonipulbri puhul kontrollitakse täiendavalt järgmist: lahustumisaeg, kaalukaotus kuivamisel, sisu ühtlus või kaalu ühtlus.