Исследование аэродинамической характеристики вентиляционной решетки
Федотенков Иван Дмитриевич,
магистрант. Архитектурно-строительный институт ФГБОУ ВО Самарский государственный технический университет.
В статье ставится задача сравнить данные, полученные экспериментальным путем, с данными, полученными путем численного моделирования. Тем самым оценив адекватность полученных данных. В данной работе проведено экспериментальное исследование течения потока в вентиляционной приточной однорядной решетке. Произведены замеры скорости. На расстояние один, два, три, четыре и пять метров. На основе проведенного опыта выполнено численное моделирование и приведено сравнение полученных данных.
Ключевые слова: вентиляционная решетка, аэродинамика, приточная струя, воздухораспределитель, лопатки, вентиляция.
Практически ни одно здание не обходится без вентиляции. Например, в помещениях с массовым пребыванием людей чаще всего используют механические приточно-вытяжные системы. Для создания комфортных условий в помещение поддерживаются определенные параметры микроклимата: температура, относительная влажность, подвижность воздуха (скорость), концентрация вредных веществ. В области вентиляции ставлю задачу создать новую систему или оптимизировать работу уже имеющейся системы (установки). Для этого необходимо проверять множество гипотез на практике. Поскольку проверка на опытах может занять много времени и больших финансовых вложений. Принято решение смоделировать теоретические гипотезы с помощью математической модели и проводить численные эксперименты этот метод значительно облегчит путь. Но прежде чем приступать к работе необходимо оценить погрешность численного моделирования. В данной работе рассматривается течение воздушного потока через вентиляционную приточную решетку.
Численное моделирование
Геометрия расчетной области, представляющая прямоугольный канал по середине которого расположена вентиляционная решетка 200х100 из которой выходит воздушный поток. Длина воздушного коридора 15 м. Чертеж представлен на рис. 1, а. В программном комплексе Salome выполнена расчетная сетка (рис. 1, б и рис. 1, в). Для получения численного решения использовался программный комплекс Code Saturne, дискретизация граничных условий осуществлена стандартными инструментами Code Saturne.
Рис. 1. Геометрия расчетной области: а) схема; б, в) расчетная сетка.
Для повышения качества решателя, вблизи решетки сетка измельчена. Моделирование выполнено на сетке из 215 000 элементов.
Задача решена с помощью модели турбулентности k-epsilon, для нестационарного режима течения. Были заданы начальные параметры, а именно расход воздуха на входе в решетку 200 м3/ч, ρ=1,205 кг/м3, µ=18,1 10-6 Па/с, Ср=1,005 кДж/кг К. Максимальная точность решателя была задана на уровне не выше 10-08 с количеством итераций, не превышающим 10000. Предельное значение релаксации было задано на уровне 0.9. Решение получено для 15,1 с. эксперимента с шагом равным 0.1 с.
На рис. 2 показано как изменяется скорость воздуха на участке вблизи решетки.
Рис. 2. Результаты численного моделирования.
Экспериментальное исследование
В коридоре длиной около 30-ти метров был установлен экспериментальный стенд. Воздух забирался из соседнего помещения с помощью вентилятора 1, проходил через трехметровый воздуховод 2, затем попадал в вентиляционную решетку 3. С помощью регулятора скорости 4 был задан расход на выходе из решетки 200 м3/ч.
Рис. 3. Схема экспериментального стенда.
Рис. 4. Фото стенда и его оборудования.
На рисунке 7 приводится график зависимости средней скорости потока от расстояния от приточной решетки.
Рис. 5.
Выводы
По результатам исследования можно сделать вывод, о там что данные полученные в результате моделирования являются верными и отличаются лишь с небольшой погрешностью в пределах 15%.
В связи с этим данные условия можно задать для более сложного расчета и с некой погрешностью опираться на полученные данные. При получение хороших результатов способствующих созданию новой системы, либо оптимизации уже имеющиеся в других математических моделях, есть основание собрать модель и проверить теоретические доводы подкрепленные расчетами на практике.
Литература
1. http://nzvz.ru/upload/catalogs/Catalog_NZVZ.html (дата обращения: 15.01.2017).
2. http://www.salome-platform.org.html (дата обращения: 15.01.2017).
3. http://code-saturne.org/cms.html (дата обращения: 15.01.2017).
Поступила в редакцию 11.04.2017 г.