Proudění ve vzduchotechnice

Výpočet proudění vzduchu z navržených tkaninových vyústek v hale konferenčního centra O2 arény.

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 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.

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

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.

Využití software Ansys při vývoji tokamaku COMPASS-U

Tokamak je v současné době nejpokročilejším konceptem pro praktickou realizaci řízené jaderné fúze pro výrobu energie v…

Nosná struktura vozidel TATRA

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