Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kształtowanie dwustrefowego przepływu powietrza w pomieszczeniu z wentylacją wyporową

Trzeciakiewicz Z.

Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Politechnika Śląska

|

2007

|

z. 57

3-156

PL

W monografii przedstawiono badania dotyczące prognozowania przepływów powietrza w pomieszczeniu z wentylacją wyporową. Charakterystyczną cechą takich przepływów, zgodnie z modelem wentylacji wyporowej "filling box with a plume", jest tworzenie się w obrębie pomieszczenia dwóch charakterystycznych stref: dolnej, w której powietrze nawiewane napływa do strug konwekcyjnych, oraz górnej, w której występuje cyrkulacja i mieszanie powietrza. Strefy te rozdzielone są warstwą powietrza o pewnej grubości, charakteryzującej się znacznym przyrostem zarówno temperatury, jak i stężenia zanieczyszczeń. Odległość od podłogi pomieszczenia, na której wydatek strugi konwekcyjnej zrównuje się ze strumieniem powietrza nawiewanego, stanowi zgodną z tym modelem granicę stref. Z praktycznego punktu widzenia, do obliczania wentylacji wyporowej istotna jest możliwość przewidywania wysokości strefy napływu - wysokości tzw. strefy "czystej", która powiązana jest ze strumieniem objętości powietrza wentylacyjnego. Wykorzystanie w tym celu modelu "filling a box with a plume" może stanowić podstawę obliczania wentylacji wyporowej. Dotychczas brak jest metody obliczania wentylacji wyporowej wykorzystującej bezpośrednio wspomniany model. W pracy dokonano przeglądu literatury, zwracając szczególną uwagę na problematykę związaną z obliczeniami wentylacji wyporowej oraz poszczególnych czynników warunkujących działanie wentylacji wyporowej, takich jak: źródła ciepła i powiązane z nimi strugi konwekcyjne, strugi powietrza nawiewanego, warunki geometryczne, strumień objętości powietrza wentylacyjnego. Szczególną rolę w działaniu wentylacji wyporowej odgrywają strugi konwekcyjne. Stosowane dotychczas sposoby obliczania strug konwekcyjnych odnoszą się do przypadków przestrzeni swobodnej. Zachodzi więc potrzeba opracowania sposobu obliczania strug konwekcyjnych w warunkach wentylacji wyporowej, tj. w przestrzeni ograniczonej z występującą stratyfikacją termiczną. W pracy przedstawiono wyniki badań strug konwekcyjnych występujących w pomieszczeniach z wentylacją wyporową, oraz zaprezentowano wyniki badań warunków tworzenia się tzw. dwustrefowego przepływu powietrza. Wyniki uzyskane w badaniach pozwoliły na sformułowanie zasad uwzględniania strug konwekcyjnych w obliczeniach wentylacji wyporowej. Zaproponowano metodę obliczania wentylacji wyporowej odnoszącą się do prognozowania wysokości strefy "czystej"- napływu. Zamieszczono wyniki badań potrzebnych dla stosowania proponowanej metody obliczania wentylacji wyporowej. Przeprowadzone badania umożliwiły dalsze rozpoznanie strug konwekcyjnych, które należą do najważniejszych czynników, mających wpływ na przebieg wentylacji pomieszczeń, w których systemem wentylacji jest wentylacja wyporowa. Rozpoznanie to polegało na lepszym poznaniu wchłaniania powietrza do strug konwekcyjnych, które występują w przestrzeni ograniczonej, w otoczeniu ze stratyfikacją temperaturową, w warunkach wentylacji wyporowej. Udowodniono, że wartości współczynników wchłaniania dla strug konwekcyjnych w warunkach wentylacji wyporowej nie różnią się istotnie od wartości tych współczynników dla strug swobodnych oraz że dla obliczania tych strug może być wykorzystywany model strugi nad punktowym źródłem ciepła, pod warunkiem że zostaną do niego wprowadzone eksperymentalnie określone wartości tych współczynników wchłaniania oraz odległości biegunowe. Wykazano, że metoda prognozowania wysokości strefy napływu bazująca na modelu "filling box with a plume" może być stosowana jako metoda inżynierska przy projektowaniu wentylacji wyporowej pomieszczeń. Dla praktycznego stosowania metody prognozowania wysokości strefy napływu można korzystać z prezentowanych w niniejszej pracy wartości współczynników wchłaniania powietrza przez strugę konwekcyjną i odległości biegunowej. Przeprowadzone badania porównawcze rozkładów temperatury powietrza i stężeń zanieczyszczeń z obliczeniami numerycznymi wykazują dość dobrą zgodność w rozkładach temperatury powietrza, natomiast znaczne rozbieżności w rozkładach stężeń zanieczyszczeń.

EN

The monograph presents the research on prediction of air flows in a room with displacement ventilation. What is characteristic according to the 'filling box with a plume' displacement ventilation model, is the forming of two specific zones inside the room: a lower one where the supply air flows into the buoyant plumes and an upper one where air re-circulation and mixing occur. The zones are separated by an air layer (named here as interface) of a certain thickness featured by a significant both temperature and contaminant concentration gradient. The distance from the room floor level at which the buoyant plume flow rate gets equal to the supply air flow rate points out, according to the said model, the position of the interface between the two zones. From a practical point of view it is important for calculating displacement ventilation to be able to predict the height of the lower, supply (so-called 'cleaner') zone that is connected with the ventilation air flow rate. The use of the "filling a box with a plume" model in order to determine this height may be the basis for such calculation. Until now there is a lack of a method for calculating displacement ventilation using this model directly. A literature review was made in the work giving special attention to the problems related to the calculation of displacement ventilation as well as particular factors affecting the displacement ventilation performance such as heat sources and related thermal plumes, supply air jets, geometrical conditions, volumetric ventilation air flow rate. In the functioning of displacement ventilation, a special role is played by buoyant plumes. The methods used hitherto for calculating buoyant plumes concern the cases of free plumes (i.e. those rising in the unlimited, uniform surrounding air). Therefore there is a need for developing a way to calculate buoyant plumes spreading in displacement ventilation circumstances, i.e. in enclosures with thermal stratification taking place. In the work, the results were presented of the experimental tests of buoyant plumes occurring in rooms with displacement ventilation as well as the results of investigating the conditions of the forming of so-called two-zone air flow. The results obtained in the tests enabled rules to be formulated for taking account of the buoyant plumes in displacement ventilation calculations. A method has been proposed to calculate displacement ventilation by predicting the height of the supply, 'cleaner' zone. The results of the tests were put that constitute necessary data for the application of the method proposed. The tests that were carried out allowed the further recognition of buoyancy plumes, which are ones of the most important factors governing the process of ventilating rooms in which a displacement ventilation system is in operation. This recognition consisted in the better understanding of the mechanism of entrainment of room air by the buoyant plums that exist in confined space, in surroundings with temperature stratification, i.e. in displacement ventilation circumstances. It was proved that the air entrainment coefficients values for buoyancy plumes under displacement ventilation conditions do not substantially differ from those for free buoyancy plumes; furthermore, the over-a-point-heat-source-plume model is possible to be used for the calculation of the plumes in question, provided that the experimentally determined values of the air entrainment coefficients and virtual plume origin distance will be introduced to that model. It was demonstrated that the method of predicting the height of the supply zone, being based on the 'filling box with a plume' model, may be used as an engineering method while designing displacement ventilation of rooms. For the practical use of the method of predicting the height of the supply zone, one can take advantage of the presented in this work values of the coefficients of air entrainment by buoyancy plumes and virtual plume origin distance. The studies that were done on the comparison of actual air temperature and contaminant concentration distributions with those derived from numerical calculations show fairly good agreement with regard to air temperature distributions but significant divergence with regard to contaminant concentration distributions.

2

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

Lipska B.

Archives of Civil Engineering

|

2007

|

Vol. 53, nr 1

175-199

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.

3

Prognozowanie wentylacji wyporowej przy rozległych źródłach ciepła

Trzeciakiewicz Z., Popiołek Z., Mierzwiński S.

Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska / Politechnika Śląska

|

1999

|

z. 41

75-84

PL

Przedstawiono wyniki badań nad formowaniem dwustrefowego rozdziału powietrza w pomieszczeniu z wentylacją wyporową przy różnych źródłach ciepła i przy zmianach wydatku nawiewu. Położenie warstwy i umownej granicy rozdziału stref określano eksperymentalnie, na podstawie pomiarów rozkładu stężeń znacznika gazowego oraz obliczeniowo - posługując się modelem strugi konwekcyjnej nad punktowym źródłem ciepła. Wartości parametrów modelu określano eksperymentalnie dla każdego źródła ciepła w pomieszczeniu, jakim były kolejno: symulator strug konwekcyjnych, lampa stołowa, komputer, okrągła płytka i człowiek. Powietrze doprowadzono poprzez nawiewniki quasilaminarne. Wyniki badań wskazują, że przy prognozowaniu położenia granicy rozdziału stref w przypadkach z rzeczywistymi, rozległymi źródłami ciepła, można korzystać z modelu strugi konwekcyjnej, nad punktowym źródłem ciepła, jeżeli w modelu takim wartości parametrów kv i zv zostaną eksperymentalnie dobrane.

EN

The paper presents the results of the tests of two-zone airflow pattern forming in a room with displacement ventilation where various heat sources and various airflow rates were tested. The test results show that in order to define the interface position in displacement ventilation where real extensive heat sources are used, it is possible to apply the experimentally completed model of plume above a point heat source.