غطاء مطبخ، أو شافط أدخنة صناعي، أو خزانة أبخرة مختبرية — السؤال في كلّها واحد: هل يُلتقَط الملوّث قبل أن يغادر المصدر ويمتزج بهواء الحيّز؟
مدى فتحة الشفط قصير جدًا
ثمة لاتماثل أساسي في ميكانيكا الموائع: النفاثةُ النافخة تصل بعيدًا، أما الشفط فلا. فتأثير فتحة الشفط يخمد سريعًا — وعلى بُعد بضعة أقطار من الفتحة تصبح سرعة الشفط مهملة.
والنتيجة العملية: تقريب المصدر من الفتحة أنجع بكثير من زيادة التدفق. فخفض الغطاء عشرة سنتيمترات يفعل أكثر من ترقية المروحة مقاسًا.
امتطاء العمود الحراري
فوق المصدر الساخن يرتفع عمود حراري يحمل الملوّث إلى الأعلى أصلًا. والتصميم الجيد للغطاء يسعى إلى ملاقاة هذا العمود لا إلى مقاومته.
ويزداد تدفق العمود وهو يصعد لأنه يستجرّ الهواء المحيط. فإذا ارتفع الغطاء كَبُر التدفق الواجب التقاطه. وهذه هي الصلة الحقيقية بين الارتفاع والتدفق المطلوب. انظر ملاحظة الحمل الطبيعي.
العدو الحقيقي: التيارات العرضية
أكثر ما يُفسد كفاءة الالتقاط ليس نقص التدفق بل حركة الهواء الجانبية: بابٌ مفتوح، أو منفث تغذية قريب، أو شخصٌ يمرّ، أو نافذة. فسرعة جانبية صغيرة تكفي لثني العمود الصاعد خارج الغطاء.
ولهذا لا يمكن أن يكون حدّ النموذج في تحليل الأغطية هو الغطاء نفسه؛ بل يجب أن يتضمن النموذج مصدرَ هواء التغذية ونمطَ الجريان العام في الحيّز.
النمذجة
تتبّع الملوّث. تُقاس كفاءة الالتقاط بمقدار ما يخرج عبر الطرد من مادة اقتفاء أُطلقت عند المصدر — أما الحكم بالعين من حقل السرعة فمضلِّل.
السيناريوهات العابرة. فتحُ الأبواب وحركةُ الأشخاص أحداث عابرة وتُنتج الحالة الأسوأ. انظر ملاحظة الحدود المتحركة.
المراجع
- ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. ISO, Geneva.
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4