工程概况
　　
　　飞船总装测试厂房是中国载人航天发射场系统的重要组成部分，主要用于发射前对飞船进行单元和系统综合测试，并对飞船及有效载荷进行整体装配的重要厂房，其洁净空调环境对飞船的成功发射起着举足轻重的保障作用。1993年上半年开始设计，1996年开工建设，1998年调试，1999年正式使用。

　　该项目总建筑面积12469平方米，由飞船总装测试、有效载荷、航天员设施三大部分组成。主要部分为一个72米×24米×20.2米（高）的飞船总装测试厂房，设有一台32/10吨的桥式吊车等辅助设备，洁净工作区为72米×21米×14米（高），洁净度等级为8级，温度tN=23±3℃，相对湿度ΦN=35%～55%。
　　
　　当时对于高大空间洁净空调技术的研究和应用都很少，采用的方法多是对厂房进行全空间净化处理的设计思路，设备投资及能耗巨大。对于一般高大空间空调，美国和日本在六、七十年代采用分层空调技术，但理论研究却没有相应展开。我国七十年代末开始尝试对高大空间采用分层空调方式，并由中国建筑技术研究院空调研究所牵头成立了一个“分层空调技术课题组”对南京汽轮机厂的一个厂房进行实验研究，取得了一定成果。而那时国内外对洁净空调系统的研究，基本集中在洁净等级比较高、但几何尺寸较小的单向流洁净室和洁净工作台方面，非单向流洁净技术的相关研究成果极少。因此，根据飞船总装测试厂房在发射场中的重要地位，本着“可靠、节约、创新”的原则，在设计工作的初始阶段，即确定了设计与科研紧密结合、同步进行的指导思想，结合实际工程对7级、8级洁净度的高大厂房内的洁净分层空调技术进行研究与应用。
　　
　　洁净分层空调方案
　　
　　结合高大洁净厂房尘埃粒子的浓度分布规律，选择合理的气流组织是洁净厂房能够迅速有效地消除室内产尘污染、达到一定洁净度级别的关键。对于高大洁净厂房，按照一般洁净空调的换气次数，总送风量很大。而洁净分层空调系统是只保证高大空间内洁净工作区的洁净度，并采取措施使得非洁净区不足以影响洁净区即可。这样不仅可以减少系统的总送风量，而且可以节约冷（热）量。
　　
　　在7级或8级洁净度要求的高大洁净厂房中，下部洁净工作区采用两侧分层对送、集中下侧部回风的气流组织形式，保证洁净工作区的换气次数；对上部非洁净空调区设置小型排风口，采用较小的换气次数，迅速排走上部空间中吊车等所产生的污染。并且，送风气流避开了上部非洁净空调区吊车污染的影响，直接作用于洁净工作区，大大提高了净化能力。
　　
　　设计中采用带高效过滤器的双层百叶送风口装置，可根据需要进行风量分配，通过调节双层百叶风口的竖向仰角和水平扩散角，使得出口的速度场比较均匀，各风口的风量也容易分配均匀。
　　
　　

　　大空间洁净厂房中尘埃粒子分布规律
　　
　　对飞船总装测试厂房，主要污染源与一般洁净室不同，污染源主要有：洁净厂房内的墙面、顶棚、地面等内表面；室内的吊车等设备、仪器；人员；室内的被净化对象；进入室内的空气。除了人和运动设备发尘以外，表面发尘占有很大的比重。就本工程而言，按照工艺流程，每班60人工作，计算的人员发尘量仅占总产尘量的25﹪，而一般洁净室中人员发尘量占总产尘量的90﹪左右。如果尘埃均匀分布在整个高大厂房的空间内，那么每立方米的含尘增值应该是很小的，但由于其尘埃分布区域相对集中，尘埃浓度差别较大，故净化负荷有较大不同。对于高大洁净厂房，其下部人员活动区域，净化负荷较大，上部区域净化负荷较小。另外，由于本工程的特点，厂房内不仅有吊车、导轨，而且还有大型设备，为了安全和考虑到不可预见的尘埃污染，留有适当的安全系数是必要的。此外，厂房上部吊车设备产生的尘埃以及各类表面沉积的尘埃所造成的污染是不可忽视的，应该及时排除。
　　
　　研究与结果
　　
　　根据本工程的实际情况，分别进行了设计计算和计算流体力学的专题研究，互相验证，力求与实际相符。
　　
　　在计算流体力学的专题研究中，因室内气流都处在三维非稳定的紊流状态，为了简化问题，特对该模型进行如下假设：
　　
　　1、气流流动为稳定流动；
　　
　　2、采用Boussinesq假设；
　　
　　3、流体作低速不可压缩流动；并据此忽略能量方程中由于粘性作用而引起的能量耗散；
　　
　　4、由于温度变化不大，认为空气密度为恒定；
　　
　　5、室内无内热源；
　　
　　根据以上假设，在三维定常情况下，列出三维不可压缩紊流的控制方程。为了便于无量纲准则数分析，使控制方程的数值模拟结果更具有普遍意义，在对偏微分方程组离散之前，先把偏微分方程进行无因次化。本次选取的特征常量为：定性速度------进风口速度U0、 定性长度------进风口宽度L0、 定性温度------空调区温度Tn与进风口温度Tj之差T0、 定性浓度------单位时间内的污染物散发量与送风量的比值C0，取室内空调温度Tn为基准温度Te，即Te=Tn。
　　
　　
　　
　　控制方程中几个经验常数的取值为：
　　
　　  C1=1.44   C2=1.92   CK=1.00
　　
　　  C=1.30   Cu=0.09   Cc=1.00
　　
　　  CT=0.90         
　　
　　为了利用计算机编程对控制方程进行求解，在直角坐标系下，对控制方程进行了离散。离散方法采用有限差分法中的控制容积法，计算网格采用交错网格法，建立了八个相互关联的离散化方程组。控制方程的离散、边界条件整定以及求解过程比较复杂和烦琐。
　　
　　

　　采用K－双方程三维紊流数学模型进行了计算机数值模拟，模拟计算了高大洁净厂房内的速度场、温度场和浓度场，综合论证了洁净分层空调应用于高大洁净厂房的可行性。
　　
　　按照本设计研究的成果，洁净工作区的换气次数[ng]=14次/h，上部非洁净区的换气次数[nf]=4次/h，采用洁净分层空调系统不仅可以满足其洁净要求，而且有较好的节能效果。
　　
　　为了适应不同使用情况，整个洁净厂房沿其纵向分三个区域在两侧各设置了一套洁净空调机组，共计六套，每一套机组既可以与其它机组同时运行，也可以单独运行；在垂直方向分三层设计了72套净化送风口、四套为一组。在实际运行中可以按照飞船总装测试的流程、工件的大小，根据所需要的洁净工作区范围，分为多种运行工况，既可以满足工艺要求，又可以实现节能目的。
　　
　　工程竣工后，在静态情况下对洁净厂房的速度场、温度场、洁净度、噪声等进行了全面测试，其部分主要实测数据如下：送风口处气流的平均速度为2.0～2.3米/秒，两股对送气流搭接处风速为0.20～0.25米/秒，室内噪声在离开回风口一米以外地区均在50分贝以内。结果比较理想，较好地与设计和计算机模拟相吻合。洁净工作区的换气次数在14次/小时，实测的洁净度在6.3级以内，较好地满足了设计要求。

　　
　　成果与应用前景
　　
　　通过本工程专题的设计研究与实际应用，从理论和实践上均验证了在高大洁净厂房中采用洁净分层空调系统的可行性与可靠性，而且在实际运行的灵活性与节能方面，具有较大的优势；其洁净空调系统的换气次数，完全可以低于标准所推荐的相应洁净级别的室内换气次数。研究分析表明，根据洁净区高度的不同，一般可取0.6～1倍的推荐的换气次数。
　　
　　验证了在上部非洁净区与洁净区分界处设置条形排（回）风口对解决上部非洁净区对洁净区的尘埃干扰是一个经济、有效的方法。
　　
　　飞船总装测试厂房在1999年7月“发射场第一次飞行试验”及随后的六艘“神舟”号无人和载人飞船发射任务中均运行正常，有力地保证了我国航天飞船的发射成功。
　　
　　在此，特别鸣谢在本工程设计与研究过程中做出了突出贡献的冯宝岳、满孝新以及其他相关技术同仁。