Proudění vzduchu z navržených tkaninových vyústek v hale konferenčního centra O2 arény

perex

prihoda-rec-1.png

Zadání projektu

Simulovat proudění vzduchu z navržených tkaninových vyústek v hale konferenčního centra O2 arény pro stav chlazení:

dT = 10 K
ti = 26 °C
tp = 16 °C
vnější zisky = 46 kW
480 osob = 36 kW
osvětlení = 10 kW
AV technika = 4 kW

a pro stav topení:
dT = 6 K
ti = 21 °C
tp = 27 °C
Tepelné ztráty = 26 kW

Reference_TechSoft_Prihoda_1.png
Umístění konferenčního centra v hale O2 arény
Reference_TechSoft_Prihoda_2.png
Půdorys konferenčního centra v hale O2 arény

Navržené vyústky se sekvenční perforací nasměrované tečně dle zaoblení střechy.

Reference_TechSoft_Prihoda_3.png
Náčrt řešení distribuce vyústek

Perforované otvory v 5 řadách na každé straně mají průměr 10 mm a jsou řazeny vedle sebe v sekvencích dlouhých 800 mm a mezi každou sekvencí je mezera 870 mm. Průtok vzduchu každou vyústkou je 14000 m3/h při vstupním statickém tlaku 100 Pa.

Cílem je tedy zobrazení navržené distribuce vzduchu bez její optimalizace k proudění v prostoru.

Řešení

Vytvoření modelu – síť z polyhedra buněk

Reference_TechSoft_Prihoda_4.png
Náhled na povrchovou síť se skrytými stěnami

Kvalita objemové sítě se pohybuje u Ortogonality kolem 0,3 a Skewness okolo 0,9.

Perforace je zjednodušena na štěrbiny. Toto řešení si můžeme dovolit, protože známe reálné výstupní rychlosti od vyústky do vzdálenosti např. 1 – 2 metrů, při simulaci tedy sledujeme chování proudu na začátku vyústky, dále už je proud vzduchu spojený a chová se přibližně stejně.

Nastavení řešiče:

  • Pressure based
  • Steady
  • Gravity -9,81 m/s-2 v Y

Model:

  • Energy on
  • K-epsilon
  • Reliazable
  • Konstanty defaultní

Materials:

  • Air – density – ideal gas
  • stěny defaultní

Boundaries:

  • Inlet – mass flow inlet – vzduch jde do prostoru z ploch štěrbin, výstupní rychlosti jsou kontrolované výpočtem v excelu, v případě nevyhovující rychlosti v určité vzdálenosti dle reálných dat se upraví geometrie a znovu napočítá řešení. Turbulence defaultní nastavení.
  • Walls – jelikož není zadán konkrétně tok energií, je použit heat flux k odebrání nebo dodání energie, zvlášť se nastavuje tok pro podlahu, strop a stěny a musí to přibližně odpovídat stavu v létě a zimě.
  • People – nastaven zadaný výkon v podobě funkce heat flux
  • Outlet – pressure outlet – na backflow total temperature je použita výpočtová teplota místnosti pro konkrétní stav

Další nastavení řešení:

Reference_TechSoft_Prihoda_5.png

Courantovo číslo nastaveno níže pro hladší průběh výpočtu, pokud i to nestačí, pouštím funkci Pseudo Transient. Ta se hodí především k rozběhnutí výpočtů s velkými výkony a rozdíly teplot.

Výsledky

Výsledky pro chlazení dT = 10 K

Reference_TechSoft_Prihoda_6.png

Rychlostní pole v různých rovinách pro chlazení dT = 10 K

Reference_TechSoft_Prihoda_7.png

Teplotní pole v různých rovinách pro chlazení dT = 10 K
Reference_TechSoft_Prihoda_8.png Reference_TechSoft_Prihoda_9.png
Rychlostní pole v různých rovinách pro topení dT = 6 K
Teplotní pole v různých rovinách pro topení dT = 6 K

Rychlosti proudění v pobytové oblasti dosahují vyšších hodnot, než je běžně požadováno (do 0,2 m/s). Z našich zkušeností víme, že při chladícím výkonu větším jak 500 W/metr vyústky jsou rychlosti do 0,2 m/s hůře dosažitelné. Výkon v tomto případě činí 2,5 kW/metr vyústky, nutno však podotknout, že se jedná o provoz při maximální tepelné zátěži, zatímco v průběhu roku bude většinou stav s menším rozdílem teplot a bližší izotermnímu proudění s menšími rychlostmi.

Využívaný software

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent

Program ANSYS Fluent je nástroj pro 2D/3D počítačovou simulaci proudění (CFD). Jeho charakteristickým rysem je jeho…

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing je program vhodný pro vytváření hybridních výpočetních sítí pro 2D a 3D geometrie. Pro CFD simulace jsou…

ANSYS CFD-Post

ANSYS CFD-Post

Program ANSYS CFD-Post je univerzální nástroj pro zpracování výstupů z CFD řešičů, který poskytuje vše potřebné pro…

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler je program určený pro tvorbu a úpravu 2D a 3D geometrií pro CFD a FEA analýzy.

ANSYS Workbench

ANSYS Workbench

Nástroj ANSYS Workbench je prostředí, které seskupuje celé spektrum simulačních programů ANSYS a je zdarma pro všechny…

Jak hodnotí řešení náš klient

Většinu řešených případů proudění z našich vyústek řešíme řezem určité části objektu. Pokud se objeví podobný požadavek na zobrazení 3D animace, je nutné prostor s vyústkami vymodelovat celý. Práce v Design Modeleru je v tomto ohledu dostačující. Pro naše potřeby je v tomto ohledu dostačující i program WB Meshing, který umí na dobře nastaveném auto meshingu vytvořit kvalitní objemovou tetra síť, kterou lze následně ve Fluentu převést na úspornější polyhedra síť. V některých případech se stane, že je nutné použít k simulaci geometrii dodanou zákazníkem, jde o speciální složité případy, a v tomto případě (ale i v jiných případech) nám je velmi nápomocna technická podpora společnosti TechSoft Engineering, kdy společnou kooperací v programu Fluent Meshing získáme potřebnou kvalitní povrchovou a následně objemovou síť, jenž je základem úspěšné CFD simulace.

Společnost TechSoft Engineering je dobrým partnerem na poli CFD simulací a těšíme se z další budoucí spolupráce.

Další případové studie

Nosná struktura vozidel TATRA

Rychlé a efektivní použití moderního numerického systému ANSYS umožňuje velmi rychle reagovat na potřeby zákazníků a…

Simulace experimentů modelujících roztavenou aktivní zónu ve dně tlakové nádoby jaderného reaktoru

Zadržení roztavené aktivní zóny ve dně nádoby tlakovodního jaderného reaktoru (IVR, In-Vessel Retention) je jedna z…

Proudění vzduchu v brzdovém posilovači

Na základě známých vlastností sériových posilovačů byly vybrány dva reprezentativní vzorky s různým vnitřním…

Modelování stolku Mahle 94400 se středovým topením

Připravit model výhřevu rotujících vřeten na rotačním stolku Mahle 94400 se středovým topením, analyzovat teploty v…