Results of Jet Fan Tests Using Experimental and Numerical Techniques

• Autorzy: Kubicki Grzegorz , Tekielak-Skałka Izabela

Identyfikatory

DOI

10.12845/sft.55.1.2020.1

Warianty tytułu

PL

Wyniki badań wentylatorów strumieniowych z wykorzystaniem technik eksperymentalnych i numerycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim: The aim of the experiments was to check if different jet fans with similar parameters had a similar air flow profile. The study was also aimed at testing whether normal and reverse flow direction have the same profile. Next, the obtained results of velocity distribution along the airflow axis were compared with the results of numerical analysis carried out using tools commonly applied in Poland. Project and methods: The study involved three jet fans (W1 and W3 were manufactured as reversible units, W2 was a unidirectional device). The tests were conducted in two empty warehouses to investigate airflow velocity. The measurements were performed along the axis of the fans and at additional specific points. The first measurement point was located at the fan inlet plane. The following measurements were conducted at 0.6-meter intervals at a distance of 3.6 m from the fans and at 1.2-meter intervals at a distance from 3.6 m to 24.0 m from the fan. The velocity at each measurement point was determined as the average of a 10-second measurement. The velocity measurements were conducted using an ultrasonic anemometer – Windmaster Pro. At the second stage of the study, CFD analysis was performed. Two models were devised in both Ansys Fluent and FDS. Each CFD model presented a single fan in warehouses. Models included the actual position of the fan, doors, columns and joists. Different settings and different sizes of the computational mesh were used in CFD simulation. Results: The study resulted in an air profile along three different jet fans. Velocity profiles in normal and reverse directions were compared. Significant differences were found between airflows for normal and reverse directions. Additionally, it was possible to compare the obtained results in real scale and a CFD simulation performed in the ANSYS FLUENT 13, FDS 5.5.3 and FDS 6. Some of the CFD simulations provided a good similarity of airflow profiles in CFD and real tests, while others did not. Thus, the study showed which settings provided the best results. Conclusions: Each of the tested fans is characterised by a different airflow distribution. The velocity distribution profile is different for the normal and reverse direction in the studied reversible fans despite the same air stream blown in both directions. The performed analyses show that CFD programs can solve velocity correctly, but this requires good settings.

PL

Cel: Celem badań było sprawdzenie, czy różne wentylatory strumieniowe o różnej konstrukcji, ale zbliżonych parametrach pracy, generowały podobny profil przepływu powietrza. Badania prowadzone były w warunkach pracy normalnej i rewersyjnej. Uzyskane rezultaty pomiarów rozkładu prędkości wzdłuż osi przepływu powietrza zostały wykorzystane do porównania wyników analiz numerycznych wykonywanych przy użyciu powszechnie stosowanych w Polsce narzędzi. Projekt i metody: Przedmiotem badań były trzy wentylatory strumieniowe różnych producentów. Dwa z nich (W1 i W3) posiadały zdolność do pracy w kierunku normalnym i rewersyjnym, W2 był urządzeniem jednokierunkowym. Testy zostały przeprowadzone w pustej przestrzeni hali magazynowej. Pomiary prędkości przepływu powietrza, wykonane za pomocą anemometru ultradźwiękowego (WindmasterPro), realizowane były w osi wentylatorów, a pomiary wykonywane były co 0,6 m w odległości do 3,6 m od wylotu wentylatora i co 1,2 m w odległości od 3,6 do 24,0 m. Prędkość w każdym punkcie określano jako średnią z 10 s pomiaru. Badania numeryczne dla każdego z wentylatorów zostały wykonane na dwóch modelach stworzonych w Ansysy Fluent i FDS. Modele zawierały pełne odwzorowanie położenia wentylatorów oraz elementów konstrukcyjnych hali. W symulacjach zastosowano różne ustawienia i rozmiary siatki obliczeniowej. Wyniki: Rezultatem badań było określenie i porównanie charakterystyki przepływu powietrza dla trzech różnych wentylatorów strumieniowych. Pomimo podobnej wielkości jednostek wyniki badania wykazały znaczącą różnicę między poszczególnymi charakterystykami przy przepływie normalnym i pomiędzy przepływem powietrza w kierunku normalnym i odwrotnym. Wyniki rzeczywiste zostały porównane do wyników symulacji CFD przeprowadzonych w ANSYS FLUENT 13, FDS 5.5.3 i FDS 6. Niektóre symulacje CFD pozwoliły na uzyskanie dobrego podobieństwa profilu przepływu powietrza w CFD i rzeczywistych testach, a niektóre nie. Pozwala to na określenie ustawień, przy których uzyskane wyniki najlepiej odwzorowują stan rzeczywisty. Wnioski: Każdy z badanych wentylatorów charakteryzuje się innym rozkładem przepływu powietrza przy pracy normalnej. Znaczną różnicę widać również przy pracy badanych wentylatorów w kierunku normalnym i rewersyjnym, pomimo takiej samej wielkości strumienia powietrza wdmuchiwanego w obu kierunkach. Przeprowadzone analizy pokazują, że programy CFD potrafią poprawnie rozwiązać prędkość, ale potrzebują dobrych ustawień.

Słowa kluczowe

EN

numerical simulations; velocity profile; jet fans; physical research; smoke; control; heat

PL

symulacje CFD; wentylacja strumieniowa; profil prędkości; kontrola dymu i ciepła; badania obiektowe

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Safety & Fire Technology
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 55, iss. 1
• Strony: 6--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kubicki Grzegorz

• Warsaw University of Technology / Politechnika Warszawska

autor

Tekielak-Skałka Izabela

• SMAY Sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Deckers X., Haga S., Tilley N., Merci B., Smoke control in case of fire in a large car park: CFD simulations of full-scale configurations, “Fire Safety Journal” 2013, 57, 22–34, ttps://doi.org/10.1016/j.firesaf.2012.02.005.
• [2] Deckers X., Haga S., Sette B., Merci B., Smoke control in case of fire in a large car park: Full-scale experiments, „Fire Safety Journal” 2013, 57, 13, 11–21, https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2012.10.017.
• [3] Merci B., Shipp M., Smoke and heat control for fires in large car parks: Lessons learnt from research?, “Fire Safety Journal” 2013, 57, 3–10.
• [4] Horváth I., v.d.Beeck J, Merci B., Full-scale and reduced-scale tests on smoke movement in case of car park fire, „Fire Safety Journal” 2013, 57, 35–43, https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2012.10.009
• [5] Van Giesen B. J. M., Penders S. H. A., Loomans M. G. L. C., Rutten P. G. S., Hensen J. L. M., Modelling and simulation of a jet fan for controlled airflow in large enclosures, “Environmental Modelling & Software” 2011, 26, 2, 191–200, https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2010.07.008.
• [6] UAE FIRE AND LIFE SAFETY CODE OF PRACTICE.
• [7] BS 7346-7:2006 Components for smoke and heat control systems – Part 7: Code of practice on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat control systems for covered.
• [8] NBN S 21-208-2 Protection incendie dans les batiments. Conception des systems d’evacuation des fumees et de la chaleur (EFC) des parkings interieurs.
• [9] Węgrzyński W., Krajewski G., Systemy wentylacji pożarowej garaży – projektowanie ocena odbiór, ITB Warszawa 2015.