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研究生:邱冠瑋
研究生(外文):Kuan-WeiChiu
論文名稱:以計算流體力學對潔淨室風扇濾網組配置與不同熱源效應之探討
論文名稱(外文):A Study on the Effect of Different Heat Sources on Cleanroom Fan Filter Unit Distribution by Using Computational Fluid Dynamics
指導教授:邵揮洲邵揮洲引用關係陳文立陳文立引用關係
指導教授(外文):Heiu-Jou ShawWen-Lih Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程管理碩士在職專班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:無塵室風扇濾網組計算流體力學
外文關鍵詞:Clean roomFFUFan Filter UnitSTAR-CCM+CFD
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半導體廠房中,均設置各種不同等級的潔淨室,而目前潔淨等級與空調設計,一般均是參照美國聯邦標準(FS-209)規範中的定義為主,其中又以潔淨室等級Class-100的設計最為廣泛;因此,目前國內廠房多以對天花板面積25%的風扇濾網組覆蓋率,以滿足Class-100的空調需求,但數量龐大的設備已成為廠房初置成本及運轉成本的巨大負擔,因此持續減少風扇濾網組的覆蓋率,仍是業界持續努力的課題,但如何驗證降低風扇濾網組的覆蓋率其對潔淨室環境之影響,便是我們本次研究的目標。
本次研究將利用計算流體力學軟體(STAR-CCM+)對不同風扇覆蓋率的實體廠房中的局部空間進行模擬,以探討降低風扇濾網組覆蓋率及變更配置對於潔淨室環境溫度、空氣速度向量的影響;因此我們先探討降低風扇覆蓋率至20%後最佳的設計模型,再依25%、20%兩種不同風扇覆蓋率的配置,搭配三種不同區域機台熱負載的特性條件,建置於計算模型,模擬整個循環經過的溫度及流場分布,藉此分析不同的風扇設計配置,對於潔淨室機台標準高度平面上流場及溫度變化的影響。
最後經過軟體模擬機台熱負載的影響效應,在1050W等較高功率熱損失的機台特徵條件下,無法滿足標準高度平面22±4 ℃的溫度控制需求,而機台功率熱損失在800W以下之規格時,搭配風扇理想的設計配置,便可以降低覆蓋率到20%,同時可以滿足溫度控制於22±4 ℃的條件,可有效減少約20%半導體廠房設計的初置成本及運轉能耗。
In the semiconductor factory buildings, all kinds of clean rooms of different cleanliness grades were set. At present, the cleanliness level and the air conditioning design are generally based on the definition in the United States Federal Standard (FS-209) specification, among which the clean room with cleanliness of Class-100 is the most extensive design. Therefore, the current domestic plant usually install FFU(Fan Filter Unit) over to a ceiling of 25% coverage of the area to meet the demand for air conditioning Class-100, but the number of FFUs had became a huge initial costs and operating costs of the plant ,continuing to reduce the coverage of FFUs is still an ongoing task for the industry. However, how to verify its effect on the clean room environment after reducing the coverage of the FFUs was the goal of our research.

This study will use the computational fluid dynamics software (STAR-CCM +) to different coverage of FFUs for partial space in physical plants to investigate the effect of changes to reduce coverage of FFUs configured for the clean room ambient temperature, air velocity vector; Therefore, we first discuss the optimal design model after reducing the coverage to 20%, and then use the two different coverage ratios of 25% and 20% to match the characteristics of the heat source of three different tools. The model simulates the temperature and flow field distribution , and analyzes the effects of different FFU designs on the flow field and temperature variation on the standard height plane of the clean room.

Finally, we got the effect of the heat source by the simulation on the tool, under the conditions of high power heat losses such as 1050W, which could not meet the temperature control requirements of the standard height plane of 22±4 °C, but the power loss of the tool became heat source under 800W , FFUs could be reduced coverage to 20% with the ideal distribution while meeting the conditions of 22±4 °C, which can effectively reduce the initial costs and operating energy consumption of the semiconductor industry by about 20%.
目錄
摘要 I
Extended Abstract II
誌謝 V
目錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 IX
中英文全名對照表 XII
符號說明 XIII
第1章 緒論 1
1.1 研究目的與動機 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究目的 6
1.4 研究流程 7
第2章 潔淨室架構探討 9
2.1 潔淨室之氣流場特性介紹 9
2.2 標準潔淨室與風扇濾網組結構 12
2.3 風扇濾網組能耗及設計佈置問題 14
第3章 數值方法 16
3.1 數值方法源起 16
3.2 統御方程式 17
3.3 紊流模型 18
3.3.1 k-ε model紊流模型[18] 21
3.3.2 Realizable k-ε model紊流模型[18] 21
第4章 數學模式與邊界條件 24
4.1 數學模式與邊界條件設定 24
4.1.1 數學方法與幾何模型 24
4.1.2 邊界條件之設定 26
4.1.3 其他假設與設定條件 27
4.2 網格的建立-格點測試與格點獨立分析 27
4.3 數學方法之驗證 29
4.3.1 實驗模型及實驗設計條件 29
4.3.2 實驗結果與模擬成果比較 32
第5章 模擬案例的分析 34
5.1 20%FFU覆蓋率下三種不同配置的溫度比較 36
5.1.1 模型C20T1-700W模擬成果探討 36
5.1.2 模型C20T2-700W模擬成果探討 37
5.1.3 模型C20T3-700W模擬成果探討 38
5.2 FFU覆蓋率20%各種FFU佈置設計模擬結果探討 39
5.3 C25-700W與C20-700W模型溫度及速度向量分析 42
5.4 C25-800W與C20-800W模型溫度及速度向量分析 45
5.5 C25-1050W與C20-1050W溫度及速度向量分析 50
5.6 FFU覆蓋率20%及25%對應不同機台熱負載模擬結果探討 55
第6章 結論與建議 57
6.1 結論 57
6.2 未來工作與建議 58
參考文獻 59
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