Quality control of the numerical prediction of buoyant plumes and their surroundings in displacement ventilation

• Autorzy: Lipska B.

Warianty tytułu

PL

Kontrola jakości numerycznego prognozowania strug konwekcyjnych i ich otoczenia przy wentylacji wyporowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the numerical prediction of the flow of the air, heat and gaseous contamination in a tested room with the heat source in displacement ventilation. The applied method of numerical CFD modelling has been characterized from the point of view of prediction these flows when such a system of ventilation is used. Investigations were carried out by means of two commercial CFD computer codes with various possibilities of calculation, based on standard options of such a modelling. Attempts have been made to simulate the most essential phenomena occurring in the given room, viz. convection and thermal radiation, as well as the elementary kinds of airflow, i.e. buoyant plumes and quasi-laminar inlet jets. Simulation models are presented, developed by applying both programmes, discussing the simplifications required in each of them. It has also been shown how the results of physical investigations, carried out in a tested room, can be utilized for the formulation of the boundary conditions and assessment of the accuracy of preliminary numerical predictions of buoyant plumes and their surrounding. Applying the options offered by the programmes, the results of numerical calculation could be improved. It has been found that the accuracy of model mainly is influenced by the refinement of the discretization grid in vicinity of the heat source. Basing on experimental data the accuracy of the final results of prediction the profiles of the excess temperature in the buoyant plume were subjected to a qualitative and quantitative control. The accuracy of the simulation of Gaussian and integral parameters of the plume has been checked in comparison with the experiment. The profiles of excess temperature and tracer gas concentrations in surrounding of the plume, characteristic for the displacement ventilation, have been compared with measurement results, too.

PL

W pracy prognozowano numerycznie przepływ powietrza, ciepła i zanieczyszczeń gazowych w pomieszczeniu badawczym ze źródłem ciepła przy wentylacji wyporowej. Scharakteryzowano zastosowaną metodę modelowania CFD z punktu widzenia jej wykorzystania do przewidywania tych przepływów przy takim systemie wentylacji. Badania przeprowadzono za pomocą dwóch komercyjnych programów komputerowych CFD o różnych możliwościach obliczeniowych, bazujących na podstawowych opcjach tego modelo- wania. Starano się za ich pomocą odwzorować najistotniejsze zachodzące w obiekcie zjawiska: konwekcję i promieniowanie cieplne oraz elementarne przepływy powietrza: strugi konwekcyjne i quasi-laminarne strugi nawiewane. Zaprezentowano modele obliczeniowe opracowane za pomocą obu programów i opisano uproszczenia konieczne w każdym z nich. Pokazano sposób wykorzystania wyników badań fizykalnych, przeprowadzonych w pomieszczeniu badawczym, do sformułowania warunków brzegowych i oceny poprawności wstępnych prognoz numerycznych strug konwekcyjnych i ich otoczenia. Stosując dostępne w programach opcje, udoskonalano wyniki obliczeń numerycznych. Stwierdzono, że największy wpływ na dokładność modelowania miało zagęszczenie siatki dyskretyzacji w sąsiedztwie źródła ciepła. Wykorzystując dane eksperymentalne, przeprowadzono jakościową i ilościową ocenę ostatecznych wyników prognozowania rozkładów nadwyżki temperatury w strudze konwekcyjnej. Zbadano w porównaniu z eksperymentem dokładność obliczenia gaussowskich i całkowych parametrów strugi. Profile nadwyżki temperatury i stężeń znacznika gazowego w otoczeniu strugi były także porównywane z wynikami pomiarów.

Słowa kluczowe

EN

displacement ventilation; buoyant plume; airflow; heat flow; gaseous contamination concentration; numerical prediction; measurement

PL

kontrola jakości; prognozowanie numeryczne; struga konwekcyjna; wentylacja wyporowa; przepływ powietrza; przepływ ciepła

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 53, nr 1
• Strony: 175--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il.

Twórcy

autor

Lipska B.

• Faculty of Power and Environmental Enginerring, Department of Heating, Ventilation and Dust Removal Technology, Silesian University of Technology, Gliwice, Poland,

Bibliografia

• 1. B. LIPSKA, Numerical prediction of the airflow in auditorium and its experimental control, Archives of Civil Engineering, 52, l, 2006.
• 2. Z. TRZECIAKIEWICZ, Z. POPIOŁEK, S. MIERZWIŃSKI, Displacement ventilation forming at different airflow rates, Proceedings of the 8th International Conference Indoor Air'1999. Edinburg, Scotland.
• 3. H. PARK, D. HOLLAND, The effect of locations of a convective heat source on displacement ventilation: CFD Study, Building and Environment, 36, 883-889, 2001.
• 4. Y. HASHIMOTO, Parametric study on a displacement ventilation system using three-dimensional CFD, 9th International Conference on Air Distribution in Rooms ROOMVENT`2004, Coimbra, Portugal 2004.
• 5. L. ZHANG, T. T. CHOW, C. F. TSANG, K. F. FONG, L. S. CHAN, CFD study on effect of the air supply location on the performance of the displacement ventilation system, Building and Environment, 40, 1051-1067, 2005.
• 6. X. YUAN, Q. CHEN, L. R. GLIKSMANN, Measurements and computations of room airflow with displacement ventilation, ASHRAE Transactions, 105, Part l, 340-350, 1999.
• 7. Y. L. SINAI, N. SYKES, P. EVERITT, N. DANIELSSON, Validation of a CFD model for several displacement ventilation geometries, 9th International Conference on Air Distribution in Rooms ROOM VENT`2004, Coimbra, Portugal 2004.
• 8. H. MATSUMOTO, A. MATSUSAKI, B. OHBA, CFD Simulation of air distribution in displacement ventilated rooms with a moving object, 9th International Conference on Air Distribution in Rooms ROOMVENT'2004, Coimbra, Portugal 2004.
• 9. M. KRIEGEL, D. MUELLER, CFD predictions for local heat transfer values and volume flow rate of thermal plumes in room with displacement ventilation system, Proceeding of International Conferency: Energy efficient technologies in indoor environment. Centre ENER-INDOOR Gliwice, Poland 2005.
• 10. B. LIPSKA, Z. TRZECIAKIEWICZ, Z. POPIOŁEK, S. MIERZWIŃSKI, Comparison of experimental and numerical tests results of the airflow in a room with displacement ventilation, Proceedings of 7th International Conference on Air Distribution in Rooms Roomvent 2000, Reading, UK.
• 11. Z. TRZECIAKIEWICZ et al., The tests of buoyant plumes in closed enclosure in displacement ventilation [in Polish], Final Report of the Research Project KBN Nr 7 T07G 039 11. Silesian University of Technology, Gliwice 1999.
• 12. B. LIPSKA, Z. TRZECIAKIEWICZ, Z. POPIOŁEK, S. MIERZWIŃSKI, The practical application of numerical modelling to the prediction of ventilation airflow [in Polish], Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 11, 17-21,31, 2001.
• 13. B. LIPSKA, Quality control of numerical modelling of airflow in ventilated rooms [in Polish], Monograph. Research works of Silesian University of Technology. Environmental Engineering Nr 53, Gliwice 2006.
• 14. Z. POPIOŁEK, The test and modelling of buoyant plumes on account of the forming of the ventilation process [in Polish], Monograph. Research works of Silesian University of Technology. Environmental Engineering Nr 28, Gliwice 1987.