Boundary conditions in scale modelling of airflow in large ventilated rooms

• Autorzy: Hurnik M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Scale model experiments make it possible to analyse design concepts of ventilation, especially air distribution in large rooms. The airflow structure similarity is fulfilled when experiment is carried out according to the principles of the approximate scale modelling. Scale modelling of airflow distribution in large enclosure requires above all, determination of the conditions necessary to maintain Reynolds number independence of the mean flow, as well as defining ways in which the flow turbulent structure could be simulated. Special attention should also be paid to proper simulation of boundary conditions. In a real ventilated object, the air is supplied with standard diffusers equipped with deflecting vanes. The question is how the supply opening should be constructed in the model to ensure the airflow similarity in the whole space modelled. The paper presents the results of experimental analyses of air velocity fields in scale models in the range of Reynolds number at the outlets from 1 850 to 98 000. The field maps of air velocity mean value were tested. Turbulence energy spectra in the model flows were analysed at the corresponding points of models. The threshold Reynolds number, which makes it possible to maintain approximate similarity of mean velocity distribution in the whole modelled space was identified. The tests show that it is possible to maintain similarity of turbulence spectrum in scale models when a second threshold Reynolds number is exceeded. The paper also presents the results of experimental tests of supply jets generated by a standard diffuser and circular openings. An omnidirectional thermoanemometer was used for the air mean velocity measurements. The origin position of jets and velocity distribution coefficient were determined. A method for supply air jet reproduction in models is suggested. Satisfactory similarity of the mean velocity field in the modelled jets was acquired when real diffusers were simulated in the models by circular openings fitted with turbulizers and when the jet origin was properly positioned.

PL

Eksperyment fizykalnego modelowania umożliwia analizę projektowych koncepcji wentylacji, zwłaszcza rozdziału powietrza, w dużych pomieszczeniach. Podobieństwo struktury przepływu jest spełnione jeśli badania prowadzone są zgodnie z zasadami przybliżonego modelowania fizykalnego. Modelowanie fizykalne przepływu powietrza w dużych pomieszczeniach wymaga przede wszystkim określenia warunków niezbędnych do utrzymania w modelu niezależności średniego przepływu powietrza od liczby Reynoldsa a także określenia sposobu symulacji turbulentnej struktury przepływu powietrza. Szczególną uwagę należy również zwrócić na poprawną symulację warunków brzegowych.Wrzeczywistych obiektach powietrze wentylacyjne dostarczane jest przez standardowe nawiewniki wyposażone w łopatki kierujące. Należy również zbadać jak powinny być skonstruowane nawiewniki w pomniejszonym modelu fizykalnym, tak aby zapewnić podobieństwo przepływu powietrza w całej modelowanej przestrzeni. Artykuł przedstawia wyniki eksperymentalnych badań pól prędkości w modelach fizykalnych w zakresie wartości liczby Reynoldsa w otworach nawiewnych od 1 850 do 98 000. Analizie poddanomapy pól średniej prędkości powietrza.Wodpowiadających sobie punktach modeli fizykalnych, o różnej skali porównano również spektra energii turbulencji ruchu powietrza. Zidentyfikowano wartość progową liczby Reynoldsa, powyżej której zachowane jest przybliżone podobieństwo rozkładu średniej prędkości, w całej modelowanej przestrzeni. W artykule przedstawiono również wyniki pomiaru pól prędkości średniej w strugach nawiewanych generowanych przez standardową kratkę wentylacyjną i kołową dyszę, pomiary wykonano za pomocą wielokierunkowych termoanemometrów. W badanych strugach wyznaczono położenie bieguna oraz współczynnik rozkładu pola średniej prędkości. Zaproponowano sposób odwzorowywania w modelach strug nawiewanych. Zadawalające podobieństwo pól prędkości w strugach nawiewanych uzyskano modelując rzeczywistą kratkę nawiewną za pomocą otworu kołowego wyposażonego w turbulizator przepływu, przy uwzględnieniu położenia bieguna strugi.

Słowa kluczowe

EN

ventilation; air flow; Reynolds number

PL

wentylacja; przepływ powietrza; liczby Reynoldsa

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 4, no. 2
• Strony: 103--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Hurnik M.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, The Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Lipska B.; The Influence of the Localization of Outlets on the Air Distribution and the Propagation of Contaminants in Rooms with mixing Ventilation, Architecture Civil Engineering Environment, No 1/2009, p.129-136
• [2] Koper P., Lipska B., Michnol W.; Assessment of Thermal Comfort in an Indoor Swimming-pool Making Use of the Numerical Prediction CFD, Architecture Civil Engineering Environment, No 3/2010, p.37-45
• [3] Lipska B.; The Influence of the Localization of Outlets on the Air Distribution and the Propagation of Contaminants in Rooms with mixing Ventilation, Architecture Civil Engineering Environment, No 1/2009, p.129-136
• [4] Mierzwinski S. Popiolek Z. and Lipska B.; Experimental Verification and Improvement of Mathematical and Physical Methods of Ventilation Flows Modelling in Large Enclosures. KBN research report No 7 T07G 001 09, Silesian Technical University, Gliwice, 1998 (in Polish)
• [5] Kato S., Murakami S., Choi Nam Kong, Nakagawa H.; Model Experiment on Indoor Climate and Space Air Distribution in Large-Scale Room. Proceedings International Symposium on Scale Modelling, Tokio, 1988
• [6] Melikov A.K., Popiołek Z., Silva M.C.G., Care I., Sefker T.; Accuracy limitations for Low-Velocity Measurements and Draft Assessment in Rooms, HVAC&R Research, Vol.13, No 6, 2007, p.971-986
• [7] Etherige D. and Sandberg M.; Building Ventilation: Theory and Measurement. John Whiley & Sons, Chichester, 1996
• [8] Finkelstein W., Melikov A., Sefker T. and Langkilde G.; Laser Doppler Measurement of Airflow Characteristics in Rooms with Mechanical Ventilation. Proc. of Indoor Air ‘96, Nagoya, Japan Vol.1, 1996, p.785-790
• [9] Soehrich E.; (1974) Self-similar turbulent flows in scale model tests of ventilation processes (in Polish). Dissertation, S.T.U. Gliwice, Poland
• [10] Heiselberg P. and Murakami S. (editors); Ventilation of Large Spaces in Buildings. Final report IEAECB& CS Annex 26. Chapter 2.5, 1996