风刀是目前工业领域精加工中的重要设备。它利用科恩达效应和其独特的构造对洁净的压缩空气进行整流,在出口处形成高集中度、大流量的冲击气幕,从而实现对设备或产品除尘及风冷。我国某装置为了保证其运行的稳定性,对该装置内部空间的洁净度以及各光学元件的洁净度有着极其严格的要求。目前为了保证光学元件表面的洁净度,采用的方法是利用风刀吹出的连续气流在距光学元件表面一定距离的位置形成隔离风幕,以防止颗粒污染物沉降到光学元件表面。在实际的操作过程中,光学元件两侧均需要安装风刀进行风幕隔离,然而由于空间有限,有些位置无法安装风刀,同时风刀的固定安装位姿也会影响风幕的隔离效果。因此,本文针对于此问题,提出了将风刀结构耦合于安装光学元件的框体中的解决方案,并围绕新型的集成式洁净风刀展开设计与实验研究。本文根据设计要求,确定了集成式洁净风刀的设计路线,并结合目前已有的分体式风刀结构,设计了集成式洁净风刀的内腔和外部结构,确定了集成式洁净风刀各个零部件的材料。利用Fluent软件对集成式洁净风刀进行仿真验证,得到了出风口的速度分布规律以及沿出风口方向上的速度分布规律。利用Modal软件对集成式洁净风刀进行模态分析,将集成式洁净风刀的频率特性与原框体的频率特性作对比,探究了集成式洁净风刀结构对框体结构振动的影响规律。本文针对影响风幕隔离效果的关键部位及参数进行研究,探究了出风口形状、出风口宽度以及出风口相对于光学元件表面位置对风幕效果的影响规律。针对入风口参数对于风幕形成的影响,探究了不同入风口直径以及不同入风口压强对于风幕的影响规律,并确定了入口直径的大小。利用Design Xplorer软件对最终的结构进行优化设计,探寻了出风口风速对不同参数的敏感性,确定了各参数的影响程度大小,得到了最佳的设计点,确定了最终的集成式洁净风刀的尺寸。本文将集成式洁净风刀与分体式风刀进行对照实验,得到了集成式洁净风刀可以代替分体式风刀的结论。利用烟雾以及丝丛法将集成式洁净风刀吹出的风幕可视化,得到了风幕的分布规律。利用CFD-EDEM耦合仿真,确定污染物颗粒在风幕中的运动和受力模型,探究了隔离不同直径的污染物颗粒所需要的出风口风速条件。对集成式洁净风刀进行风幕隔离实验,利用图像算法技术以及称重法共同探究了不同风速风幕对污染物颗粒的隔离效率。