生物安全柜是处理危险性微生物时所用的箱形空气净化安全装置,是生物安全实验室的基础安全设施,对人员、产品和环境起着一次隔离的作用。近年来医疗卫生、疾病预防、环境监测等领域对生物安全日益重视,生物安全柜的需求量也日益增大,这使得对生物安全柜的优化设计和研究变得更加严格和重要。计算机流体力学(CFD)的发展和计算机硬件水平的提高,为生物安全柜性能研究开辟了一个新空间。使用计算机流体力学对设计精密的生物安全柜进行研究,不仅省时省力,操作方便,而且不受实验仪器和设备的限制,可以取得适用于多种工况的结果。本文在充分调查和研究国内外生物安全柜发展现状的基础上,运用CFD模拟的方法对生物安全柜气流组织进行优化。首先以Ⅱ级生物安全柜为例,建立了基于CFD理论的模型,并通过分析数值模拟结果和实验测试的方法对模型进行了有效性验证。接着对前窗进气气流和顶部下降气流进行了分析,得出随着进气速度变化操作区内气流变化情况,并分析计算出前窗气流速度值上限值和最优值,在保证不发生外溢和贯穿的前提下,适当增大下降气流速度能使操作区气流更接近于层流。高效过滤器和风机系统是生物安全柜的重要组成部分,本文介绍了CFD在高效过滤器和风机优化设计中的运用。CFD还可以方便地应用在气溶胶扩散的模拟中去。掌握气溶胶的分布及扩散规律,对生物安全柜的气流优化设计有着指导意义。