张红梅 陶致成

摘要：以洁净手术室动态工况为研究对象，采用CFD数值模拟为主要研究手段，针对动态手术室中人员分布及手术过程人员弯腰程度不同，对室内气流组织进行探究，重点分析其排污能力的强弱。结果表明：医护人员分两侧站立时室内气流组织流动比较平缓，当医护人员弯腰程度加大时，与手术台之间的气流流动停滞，易积聚污染气体，造成术后感染。

关键词：洁净手术室;动态工况;CFD;气流组织

引言

洁净手术室作为与民生息息相关的医疗建筑，需配备专门的暖通净化空调系统，采取合理有效的通风策略，来保证高洁净度手术环境，避免悬浮于空气中的细菌微粒落入伤口，造成术后感染。因此，对手术室中动态工况的气流组织展开研究十分必要[1，2]。本文针对手术室中医护人员不同站位、不同弯腰程度对气流组织的影响进行研究。由于现有实验室条件不足，因此本文主要选用更为高效的数值模拟软件FLUENT进行研究，其优点在于可节省时间、资金，灵活模拟所需工况等。

1 模型建立

1.1 物理模型

手术室尺寸为7m（长）×5m（宽）×3m（高），送风口布置在顶棚中心，回风口连续正对布置在两侧墙，其下边缘距地板0.1m，面积为1.0m×0.4m，共六个。在本文中，要引入人体模型，考虑到实际人体模型的复杂性，将人体模型用0.2m×0.3m×1.75m的长方体代替，考虑病人1名，手术室内医务人员6名，具体模型的设置如图1，按照人员位置不同设置为两种工况，一种工况为手术台一侧和顶部均有医护人员，定义为“2-1”形式;另一种工况则是三個医护人员均站立在手术台长边一侧，定义为“3”形式。由于手术室的对称性，取一半进行分析。

1.2 数学模型

手术室内可忽略密度变化对流体运动的影响，仅考虑热浮升力中应用密度变化，符合Boussinesq假设，但粘性不可忽略，通常为湍流流动，满足质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程，采用的是处理湍流漩涡更为可靠的RNG k-ε模型，能够求解较大剪切层区域高度的各向异性，更好的处理近壁面区域[3]。

2 模拟结果与分析

2.1 人员位置的影响

送风速度0.4m/s，回风速度1.2m/s，运行60s后对室内气流组织展开分析。

总体上看，气流在纵向扩散过程中，沿斜向下方向从送风口扩散，在遇到送风口的墙壁后改变了运动方向，向上攀升，在送风口周围形成漩涡，气流速度降低。由于人体的阻碍，气流在人体后方和前方都受到阻挡，气流速度降低。使得手术区域的速度分布为漏斗状，在医生背侧流速很低，在脚下部分有静止部分，这一部分污染物可能无法即使排出，以3分布时该现象更为突出。在医生朝向病人的侧面，低速区域不明显，在手术台上方会有小区域的气流停滞现象，这有可能使医务人员产生的污染物无法即使排走从而污染手术环境。

2.2 人员弯腰程度的影响

在动态工况下，不仅人员的分布会对室内速度场产生影响，人员的弯腰情况也会对手术台平面产生一定的影响，下面分别以医护人员弯腰30°和45°研究。

从图3来看，不同的弯腰程度对气流组织会产生比较明显的影响。在人员周围会产生气流的停滞，在手术台一侧会产生较大的停滞现象。从手术台高度为1.2的平面来看，在手术台区域风速稳定且比较大，符合对污染物的清洁能力。观察医护人员弯腰程度为45°的情况，医护人员头顶上方产生的气流停滞区域比30°时小，并且送风送入气流向回风口流动的通道比30°时大，说明医护人员弯腰45°时手术室单向流通风形式更加明显。由于45°时人员面部距离手术台距离很近，所以阻挡了手术台与医护人员之间的气流流动。

3 结语

在动态工况下手术室内有人员加入后，手术室内的气流组织发生了明显的变化，分别以人员分布位置以及人员弯腰程度进行分析观察其气流分布，人员以2-1方式分布来说室内气流产生的气流停止区域较多，产生的涡流区域比较多，3方式分布室内气流相对通畅平稳。对医护人员的弯腰程度进行观察云图进行速度分析后可以了解到人员弯腰程度为30°时与手术台接触空隙大，气流可以流动。在人员弯腰程度为45°时，手术台与医护人员之间的气流停滞比较明显，易造成污染物积聚。

参考文献

[1] 许钟麟， 沈晋明. 中国手术室集中送风方式的应用[J]. 暖通空调， 2018， 48（7）： 40-46.

[2] 许钟麟. 空气洁净技术原理[M]. 第4版. 北京：科学出版社， 2014.

[3]王金良， 陈振兴， 封杨， 等. 手术室局部通风净化的研究现状[J]. 暖通空调， 2018， 48（4）： 7-12.