Proudění ve vzduchotechnice
Výpočet proudění vzduchu z navržených tkaninových vyústek v hale konferenčního centra O2 arény.
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
Umístění konferenčního centra v hale O2 arény
Půdorys konferenčního centra v hale O2 arény
Navržené vyústky se sekvenční perforací nasměrované tečně dle zaoblení střechy.
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
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:
Výsledky
| Výsledky pro chlazení dT = 10 K | |
|
|
|
 |
 |
| 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
Program Ansys Fluent je nástroj pro 2D/3D počítačovou simulaci proudění (CFD). Jeho charakteristickým rysem je jeho…
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 je program určený pro tvorbu a úpravu 2D a 3D geometrií pro CFD a FEA analýzy.
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 Ansys DesignModeleru je v tomto ohledu dostačující. Pro naše potřeby je v tomto ohledu dostačující i program Ansys 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 Ansys 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
Využí Ansys na RICE ZČU
Nasazení moderních nástrojů od firmy Ansys nejen ve výuce na ZČU v Plzni.
Optimalizace světlometů a zadních svítilen
Ověření a optimalizace nočního designu automobilových světlometů a zadních svítilen.
Vývoj letounu pomocí numerických simulací
Numerické simulace pomáhají zkrátit dobu vývoje a snížit vývojové náklady.
Simulace proudění vzduchotechnickými klapkami
Využití počítačové simulace proudění k ověření koeficientů tlakové ztráty s cílem snížit/eliminovat náklady na měření.