עיצוב מסך אוויר יעיל עבור כניסות מסחריות עם Cfd ב Ansys Fluent

מימון של עיצוב מסך אוויר עבור כניסות מסחריות

וילונות אוויריים הם זרמי אוויר בעלי עוצמה גבוהה המתכננים על פני דלתות כדי ליצור מחסום בלתי נראה בין סביבות מקורה וחיצוניות.בבניינים מסחריים - כגון חנויות קמעונאיות, מסעדות, בתי חולים, וקווי משרדים - הם משרתים מטרה כפולה קריטית: שמירה על אוויר מקורה תוך חסימת חדירה לא רצויה של אוויר חיצוני, אבק, חרקים, ומזהמים.אוויר מעוצב היטב יכול להפחית את הווילונות ולהפחית את עומסי האוויר הטמפרטורות מורכבות, ללא קשר ל- 50 אחוזים, אך ללא קשר למזג אווירי אווירי אוויר, אך ורק למזג אווירי אווירי אוויר, ללא קשר לאפקטים מורכבים, אך ורק למזג אווירי אווירי אווירי אווירי אווירי אקלים מורכבים, עם יעילות אווירי אווירי, עם יעילות אווירית, עם זאת, עם יעילות טמפרטורות מורכבות של זיהום אוויר, עם זאת, עם זאת, ללא טיפולית, עם יעילות אוויר, ללא קשר של זיהום אוויריבית של מזג אווירית, עם יעילות אווירית טמפרטורה של מזג אווירית, עם יעילות אוויר, עם יעילות אווירית טמפרטורה של אווירית, עם מזג אוויר, ללא טיפול, ללא טיפולית, עם יעילות של אוויר, עם יעילות אווירית של אווירית של אוויר, ללא טיפול לא רצויה, עם זאת, עם יעילות

גישות עיצוב מסורתיות נשענות על קורלציות אמפיריות ו prototyping פיזי נרחב, אשר הם זמן-consuming ולעתים קרובות מתגעגע תופעות זרימה עדינות. Computational Fluid Dynamics (CFD) באמצעות ANSYSdata הפך כלי חיוני עבור מהנדסים כדי לדמות, לנתח, ואופטימיזציה של ביצועי מסך אוויר בתנאים תפעוליים מציאותיים.

מאמר זה מציג מתודולוגיה מקיפה לעיצוב וילונות אוויר ביצועים גבוהים באמצעות ANSYS Fluent, כיסוי הכנה גיאומטריה, אסטרטגיות השקיה, זעזוע מודל, קביעת מצב גבול, בקרת פתרון וטכניקות לאחר עיבוד. אנו גם לדון כיצד ניתן למנף תוצאות סימולציה כדי לשפר את יעילות האנרגיה, נוחות הדיירים, תאימות עם קודי בנייה כגון ASHRAE 90.1.

ביצועים מרכזיים עבור וילונות אוויר

לפני צלילה לתוך זרימת העבודה של CFD, חיוני להבין את המדדים המגדירים מסך אוויר יעיל.המטרה העיקרית היא להשיג גבוה FLT:0separation יעילות העצמה 1 - היכולת למנוע אוויר חיצוני להיכנס לחלל המאורגן, ולהיפך.

אובדן בטיחות:0 (FLT:0) אובדן על פני הדלת: ירידה במשקל 1 (Alow-pressure) מצמצם את צריכת האנרגיה של המעריצים.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) התפלגות Temperature בצד הפנימי: ⁇ 1 (בלטינית: ⁇ ) עבור וילונות מחוממים או מגניבים, שמירה על טמפרטורת סט פוינט ללא stratification היא קריטית.
(FLT:0-interaction with crosswinds:FLT:1) רוח חיצונית יכולה להפיג את מטוס האוויר, להפחית את יעילותו של CFD יכול לכמת את מהירות הרוח המקסימלית האפשרית עבור עיצוב מסוים.

אופטימיזציה של מדדים אלה דורש מחקר רב-פרמטר כי CFD הופך אפשרי. ANSYS Fluent מאפשר גורים parametric של רוחב נושל, זווית סילון, מהירות היציאה וטמפרטורת השחרור עם מאמץ מינימלי בהשוואה לבדיקות פיזיות.

מתודולוגיה CFD ב ANSYS Fluent

Gמטריה ו-Comutational Domain

הצעד הראשון הוא ליצור ייצוג תלת-ממדי של אזור הכניסה.זה כולל את הדלת, קירות, תקרה, הרצפה, יחידת וילונות האוויר עצמו. בעוד ג'ממטות פשוטות (פתחים גלקטיים עם קירות שטוחים) מקובלים על מחקרים ראשוניים, מתקנים בעולם האמיתי דורשים מודלים של תכונות אדריכליות כגון מסגרות דלת, שרידים מלוטשים, ומכשולים סמוכים שיכולים לזרום אווירי זה להרחיב את זה ל- 4 מטרים פנימיים רחבים לכדי ⁇ ).

המסך האוויר מודלק משטח אינלט עם פרופיל מהירות מוגדר.רוב יחידות מסחריות להשתמש חריץ מלבני צר (20-50 מ"מ רחב) עם תא מספר למעלה הזרם.הגאומטריה הנושלת יכול להיות פשוט כמו סלטה מלבנית, אבל שילוב של הפעימה וכל baffles פנימיים משפר את הדיוק כאשר לחזות יציבות מטוסים ומאפיינים סוערים.

אסטרטגיות

מישינג הוא אחד השלבים הקריטיים ביותר בסימולציה של CFD. עבור זרימת וילונות אוויר, אשר כרוך מטוסים דקים בשפע אינטראקציה עם זרמים מונחה על ידי buancy ואולי רוח חיצונית, mesh באיכות גבוהה הוא הכרחי ליד ה nozzle, לאורך מסלול סילון, ובמטוס הדלת. AnSYSent תומך הן hexahedral unstructuredal ופוליhememememe הם בעיקר דיוק מורכב.

השתמש ב-FLT:0 [inflation Layer]: 1 ליד קירות ועל פני השטח המטושטש כדי לפתור את תת-קרקעית ה- s (target y+ ⁇ 1 עבור מודלים של זעזוע נמוך, או y+ סביב 30 עם פונקציות קיר).
החל את ה-FLT:0 (Llocalזיmentmentmentmentmentmentmentmentment: 1) באזור דמוי צילינדי או קופסא לאורך נתיב סילון צפוי, עם גודל תאים של 1–3 מ"מ באזור הסמוך.
שמור על גודל התא (FLT:0) של תאים בגודל תאים בגודל תאים בגודל של ראטולו 1 (קצב כפול 1.2) כדי להימנע מטבוליה מספרית.
השתמש ב-FLT:0 (polyhedral meshcioFLT:1) עם 2-5 מיליון תאים עבור סימולציות חד-דלת טיפוסיות, בהתאם לגודל הדלת והדיוק הרצוי.

יש לערוך מחקרים עצמאות מרש על ידי שילוב מתקדם ומימון הרשת עד פלטים מרכזיים (למשל, יעילות הפרדה, דעיכה מהירה) שינוי בפחות מ-5%.

המונחים: Physics and Boundary Conditions

Fluent מציע מגוון של מודלים כדי ללכוד את הפיזיקה של זרימת וילונות אוויר.ההגדרות הבאות הוכחו יעילות במחקר שפורסם:

(FLT:0)Solver:FLT:1 מבוסס לחץ על פתרון זרמים בלתי-מוסכמים או דחוסים במקצת.התוכנית המשותפות משפרת את ההתכנסות לזרמים עם הפיכה חזקה בין לחץ ומהירות.
(ב) מודל ה- 0 (Turbulence Model: FLT:1hil: The FLT:2k- ⁇ SSTFLT 3: 3 מומלץ כי הוא משלב את העוצמה של k- ⁇ ליד קירות עם עצמאות הזרם החופשי של k-ε הרחק מקירות.It מבצע טוב להפרדה בין זרמים ומטוסים, אשר נפוצים בתרחישים אוויריים.
משוואה:0 (Energy משוואה: FLT:1) ניתן מודל שדות טמפרטורה, במיוחד כאשר מסך האוויר מחומם או קריר.כולל אפקטים של buoyancy באמצעות ה-Bosesinesq approximation או חוק גז אידיאלי.
(ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ (ב) , ⁇ ) במרבית המקרים הפנימיים, אך אם הכניסה נחשפה לשמש ישירה, ניתן להסיק כיט שמש יכול להיות מודל באמצעות מודל התואמים (DO) דיסקרטי.
(ב) [15] ויקרא י"ד): "[ה]:2 [ה] [ה] [ה][דרוש מקור]]]: [ה'] [ב]: [ה'] [ב]] [ה']: [ה'], [ה'] ויקרא י'], ו'[ה'[ה']'[ה']']']'[ב'[ה']']']'] [ב[ה']']']']']'[ב'[ה'[ב[[ה']'[ה']']'[ה']'[ב[[ה']']']']']']']'[ב[[ה']'[ב[[ה'[ב[[ה']']']']']'[ב[[ה'[ב[[ה'[ה']']']'[ב[[ה']'[ב[[ה']']'[ב[[ה'[ב[[ה']']']']']']'[ב[[ה']'[ב[[ה'
(FLT:0Outdoor Limit:FLT:1 לחץ בחוץ עם לחץ כולל שצוין (0 פאי מד) וטמפרטורה מחממת.עבור אפקטים רוח, השתמש במהירות תוך שימוש בפרופיל לונאריתמי.
(FLT:0)Indoor Limit:FLT:1 לחץ על בניית לחץ סטטי (בדרך כלל 5–20 Pa יחסית ל בחוץ, חיובי עבור שחיקה).
(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סימולציות טרנספורמטיביות עשויות להיות הכרחיות אם פעולת הדלת היא לסירוגין (למשל, דלתות אוטומטיות נפתחות וסגירה) עבור דלתות פתוחות קבועות, פתרון יציב של מדינה הוא בדרך כלל מספיק ומהיר יותר.

פתרון והסכמה

השתמש בדיסקרטיזציה של קו הרוח השני עבור מומנטום, זעזועים, ומשוואות אנרגיה כדי להפחית את ה diffusion המספרי.המסופת המזוגית דורשת בדרך כלל 500-1500 היציאות עבור ההתכנסות הראשונית. Monitor שאריות (התחילו 10-4 עבור המשכיות, 10–5 לאנרגיה), כמו גם כמויות משולבות כמו אובדן לחץ מוחלט וקצב זרימה המונית באמצעות פתח עשוי להיות צורך ב- 0.7 גרם:

אופטימיזציה של ביצועי מסך האוויר באמצעות CFD

עם מודל CFD אישר (ראה סעיף 5), הצעד הבא הוא לבצע מחקרים parametric כדי לזהות פרמטרים עיצוב אופטימליים.הלכים העיקריים הם FLT:0nozzle יציאה מהירות FLT:1, FLT:2nozzle זוויתph3, ו-FLT:4nozzle יציאה מהירות FLT:5 בנוסף, הטמפרטורה של האוויר המשוחרר (אם) ניתן להזין מחדש ולהפחית את הנוחות.

Nozzle Angel ו-Valocity

(הזווית של המטוס ביחס לרצפה היא קריטית.טווח טיפוסי הוא 10 ° עד 30 מעלות לכיוון החיצוני של סימולציות CFD ב FLT:0 University of SiegencioFLT:1 (קישור: FLT:2Building and Environment, 2019FLT 3: 3) הראה כי זווית של 15-20 מעלות מספקת את האפקטיביות הטובה ביותר עבור דלת 2-3 -2 פתח:2 פתחה מחדש את מהירות המסחר, אך מאפשר LT5 לפשטות יעילה יותר, אך גם כן, אך מאפשר הולכי רגל.

Nozzle Width ו- Aspect Ratio

Wider nozzles (למשל, 40 מ"מ לעומת 20 מ"מ) מאפשרים מהירויות יציאה נמוכות יותר עבור אותו קצב זרימה, צמצום הרעש והטוטה.עם זאת, למטוסים רחבים יותר יש תנופה גבוהה יותר ויכול להיות עמיד יותר בפני הרוח דה השתקפות.CD parametric גורפת יכול לזהות את רוחב המינימום שעדיין משיג את ההפרדה הנדרשת למהירות מסוימת.

שילוב עם בניית HVAC

וילונות אוויר משולבים לעתים קרובות עם HVAC economizers והקמה מערכות עיתונות. CFD יכול מודל אינטראקציה על ידי כולל היצע ו- exhaust vents בתחום.לדוגמה, לובי מחוסן חיובי להפחית את העומס על המסך האוויר אבל עשוי להגביר את הסינון.מהנדסים יכולים לאזן את הגורמים האלה כדי למזער את השימוש באנרגיה כוללת.

מקרה מחקר: אופטימיזציה Nozzle זווית עבור כניסה קמעונאית

כדי להמחיש את היישום המעשי של CFD, לשקול 2.5 מ' גבוה על ידי 2.0 מ 'דלת קמעונאית רחבה באקלים ממוזג. הטמפרטורה מקורה 2 ° C, בחוץ 35 מעלות צלזיוס (קיץ) יחידת הווילון האוויר יש רוחב של 25 מ"מ ופריאות אוויר מקורה (22C) במהירויות החל מ 8 עד 15 מ"מ / CF AD מודל נבנה בשפעת, באמצעות תאים סטרומטר, כלומר, כמו 3.2 מיליון ⁇ .

שלוש זוויות נושל (10 מעלות, 15 מעלות ו-20 מעלות לכיוון בחוץ) נדהמו בכל מהירות.התוצאות הראו כי במהירות נמוכה (8 מ"ס), זווית 15 מעלות השיגה את יעילות ההפרדה הטובה ביותר ( ⁇ =0.78), בעוד שבמהירות גבוהה (15/s), זווית 20 מעלות דיווחה הטובה ביותר (=0.91), מכיוון שהמטוס הגבוה יותר חודר את השכבה החיצונית ביעילות רבה יותר.

CFD גם חשף אזור החלמה בחלק העליון של הדלת כאשר זווית עלה על 20 מעלות, מה שגורם אוויר חם בחוץ לעוטף ולכנס לחלל.ללא CFD, תופעה זו צפויה להימחק עד בדיקות שדה.

אימות ובדיקה גופנית

בעוד CFD הוא כלי עיצוב חזק, התחזיות שלה חייבות להיות מאומתות מפני מדידות ניסיוניות כדי להבטיח אמינות.שיטות אימות נפוצות כוללות:

(FLT:0)Particle Image Velocimetry (PIV):FLT) 1 מספק מדידות מהירות שדה שלמות בפרשת צלב של נתוני ה- PIV ניתן להשתמש כדי לזרז את מודל ההפרעות (למשל, אינטנסיביות של זעזוע).
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) חיישנים חלוציים:0) חיישנים חלוציים: 1FLT:1 , מערכי המתדורול למדוד את דעיחת הטמפרטורה ואת השכבות ליד דלת הכניסה.
(ב) ⁇ :0) גזי אקרייר מתקלקלים: FLT:1 Using SF6 או CO2 כדי לכמת את שערי שינוי האוויר ויעילות ההפרדה.

בפועל, מודל CFD בעל ערך רב עם מודל ה- k- ⁇ SST טורחות בדרך כלל צופה יעילות הפרדה בתוך ± 10% של ערכים ניסיוניים, כפי שהודגם ב-FLT:0ANSYS White Paper on Air Curtain Optimization FLT:1 אימות צריך לחזור על עצמו בכל פעם שהגאומטריה או תנאי התפעול משתנים באופן משמעותי.

שיקולים מעשיים עבור מתקנים מסחריים

מעבר לסימולציה, כמה גורמים בעולם האמיתי משפיעים על ביצועי מסך האוויר:

(FLT:0) Door Action:FLT:1 (הציגות פתיחה/סגורות) מציגות אפקטים טרנספורמטיביים.CD עם העברת רשתות mesh או overset יכול לדמות תנועת הדלת, אך לעתים קרובות גישות חד-מצביות פשוטות יותר מספיקות.
(FLT:0) אפקטים של ווינדוד: מהירות רוח חיצונית של 1:1 נמוך כמו 3 מ"מ / s יכול להפחית את היעילות על ידי 20% אם מסך האוויר אינו מיועד לפצות. CFD עם פרופילים מהירות תוך let על בסיס נתוני רוח מקומיים (למשל, מ FLT:2NOAAFLT 3:3) מסייע לקבוע שולי בטיחות נדרשים.
(FLT:0) שימור: מסננים מלוכלכים או שיבושים פגומים ביצועים של פלספל (CFD) יכול להעריך את הרגישות לחסימת חלקית, להנחות לוח זמנים של תחזוקה.
(FLT:0) Noise:cioFLT:1 , 000 גבוה בשפע לייצר רעש, אשר חייב להיות נשמר מתחת 50 dBA בסביבות קמעונאיות. CFD יחד עם אנלוגיות אקוסטיות (למשל, Ffowcs וויליאמס-Hawkings) יכול לחזות רמות לחץ קולי, אבל לעתים קרובות תיקונים אמפיריים משמשים.

יצרנים מובילים כגון:0 (Berner InternationalFearLT:1 ו-FLT:2Mars Air SystemsFLT 3: 3) משלבים את CFD לתוך מחזורי פיתוח המוצר שלהם, ורבים מציעים שירותי עיצוב מותאם אישית המבוססים על ניתוח ספציפי של CFD.

מסקנה

תכנון וילונות אוויר יעילים עבור כניסות מסחריות דורש הבנה עמוקה של דינמיקות נוזליות, העברת חום ובניית אינטראקציות אנרגיה. Computational Fluid Dynamics עם ANSYS Fluent מספק את היכולת החיזוי הדרוש כדי לחקור חלופות עיצוב במהירות וביעילות. על ידי ביצוע מתודולוגיה קפדנית - החל מגיאומטריה ומישבן, בחירת מודלים זעזועים מתאימים, הגדרת תנאים ריאליים, וביצועים לאחר עיבוד מפתח - יכול להשיג יותר ממיניסטרציה אנרגיה או להפחית יותר.

ההתקדמות המתמשכת של יכולות CFD, כולל מחשוב ביצועים גבוהים, האצה GPU ואופטימיזציה ממוחשבת ללמידה, תייעל עוד את תהליך העיצוב.כפי שקודי האנרגיה הופכים להיות יותר נוקשים וקיימות מטרות שאפתניות יותר, ניתוח וילונות אוויר הוא כבר לא מותרות אבל תרגול סטנדרטי עבור כל יועץ אנרגיה רציני בניין או מהנדס HVAC.

על ידי שילוב סימולציה לתוך מחזור העיצוב, בעלי העניין יכולים להבטיח שכל כניסה מסחרית פועלת כמכשול תרמי אמיתי - נוח, נקי ויעיל.