Air Perde Tasarımının Temelleri Ticari Girişler için

Hava perdeleri yüksek seviyeli hava akışları, kapalı ve açık ortamlarda görünmez bir bariyer oluşturmak için kapı yollarında projelendirilmiş. Ticari binalarda - perakende mağazalarda, restoranlar, hastaneler ve ofis loblarına bağlı olarak - bu seviyedeki hassas hava sahasına hizmet ederler: dış hava, toz, böcekler ve kirleticiler filtrelemesi sırasında istenmeyen iç hava yollarını engellerken, iyi tasarlanmış hava perdeleri ısıtma ve soğutma yüklerini azaltabilir ve iklim ve kapı kullanım desenlerine bağlı olarak.

Geleneksel tasarım yaklaşımları, ANSYS kullanarak, analiz etmek ve gerçek işletim koşulları altında hava perde performansı için vazgeçilmez bir araç haline geldi. Enerji ve türbülans taşıma denklemlerini çözmekle birlikte Navigmatik (CFD) hız alanları hakkında ayrıntılı uzaysal ve zamansal bilgiler sağlar, sıcaklık gradyanları, basınç dağıtımları ve turba karıştıranları analiz etmek için gerekli olan hava perde performansı.

Bu makale yüksek performanslı hava perdelerini ANSYS Fluent kullanarak kapsamlı bir metodoloji sunar, geometri hazırlığı, ağlama stratejileri, türbülans modelleme, sınır durumu kurulumu, çözüm kontrolü ve post-işlem teknikleri. Ayrıca simülasyon sonuçlarının ASHRAE 90.1 gibi bina kodlarına nasıl fayda sağlayabileceğini tartışıyoruz.

Hava Perdeleri için Anahtar Performans Ölçümleri

CFD iş akışına girmeden önce, koşullu alana girmekten ve doğru şekilde ölçümlemek önemlidir.Bu, boyutsuz bir hava perdesi ile ölçülmelidir[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ:0)Yüksek çözünürlük verimliliği))[FLT:DÜDÜT: 4 )

  • [FONT:0) Kapıdaki ücretsiz kayıp: Düşük basınçlı bir düşüş fan enerji tüketimini en aza indirir.
  • [FONT:0)Velocity üniforması nozul çıkışında:) Non-uniform jetler recirculation bölgelere ve bariyer bütünlüğünü azaltmaya neden olabilir.
  • [FONT:0]Orta tarafta yer alan bir dağıtım: ısıtılmış veya serinlenen perdeler için, strif olmadan ayarlı sıcaklık korumak kritiktir.
  • [FONT:0) Pasiflerle etkileşim: [Dönder: [DüzgT:1] Dış rüzgar hava jetini ayırabilir, etkinliği azaltılabilir. CFD, belirli bir tasarım için maksimum izin edilebilir rüzgar hızını ölçebilir.

Bu ölçümlerin optimizasyonu, CFD'nin mümkün olduğu çok parametreli bir çalışma gerektirir. ANSYS Fluent, parametrik sübvansiyon genişliği, jet açısı, çıkış hızı ve deşarj sıcaklığının fiziksel testlere kıyasla en az çaba ile düşmesine izin verir.

ANSYS Fluent Methodology in ANSYS Fluent

Geometri ve C ⁇ Domain

İlk adım giriş alanının 3D gösterimi oluşturmak. Bu, kapı, duvarlar, tavan, zemin ve hava perde ünitesinin kendisi. Basitleştirilmiş geometriler (düşük duvarları ile birlikte) her iki alanda da geçerli olan ve rüzgar etkileri için kabul edilebilir. büyük ticari girişler için (örneğin, 3 m) 4 m genişliğindeki mesafeye kadar uzanan geniş bir şekilde, yüksek ticari girişler için.

Hava perde nozulu, tanımlanmış bir hız profili ile bir inlet yüzeyi olarak modellenir. Çoğu ticari birim, jet stabilitesini ve turbulence özelliklerini tahmin ederken dar dikdörtgen bir yuva (20-50 mm genişlik) kullanır.

Meşru Stratejik

Meşruluk, makul simülasyonun en kritik adımlarından biridir. Hava perdeleri için, yüksek seviyeli sert jetler ile etkileşime giren ve muhtemelen dış rüzgar, yüksek kaliteli bir ağ, özellikle de jet yörüngesi boyunca gerekli olan basit bir denge sunar.

  • Kullanım:0)flasyon katmanları[[Döneticileri ve nozlu yüzeyde viskous alt katmanını çözmek için (okuy+ ⁇ 1 for düşük-Rebübulence modelleri, ya da y+ around 30 with wall functions).
  • Uygulama:0) Yerel rafineri[Dönetici:0) [Dönemli veya kutu şeklinde bir bölgede, beklenen jet yolu boyunca, yakın bölgede 1-3 mm hücre boyutlarıyla.
  • [FONT=0])))))))))))) ^ (growth rate below 1.2) to avoid numerical diffüzyon.
  • BirFL:0)polihedral ağ[Dönetici: 2-5 milyon hücreli tek kapılı simülasyonlar için, kapı boyutuna ve istenen doğruluka bağlı olarak.

Medeniyet çalışmaları, anahtar çıktılara kadar şebekeyi ilerici bir şekilde koordine etmeli ve beslemelidir (örneğin, ayrım etkinliği, hız çürümesi)% 5'ten daha az bir değişiklik.

Fizik ve Sınır Koşulları

ANSYS Fluent hava perde akışlarının fiziği yakalamak için bir dizi model sunuyor. Aşağıdaki ayarlar yayınlanmamış araştırmalarda etkili olmuştur:

  • [FONT:0)Solver:[Dönetici: [Dönetici:0) Basınç tabanlı çiftleştirilmiş devreler baskı veya hafif sıkıştırılabilir akışlar için bir araya gelir.
  • [FONT=0]Turbulence modeli:[Dönetici: [Dönetici:2)))) ⁇ SST[D][FONT][FONT=0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [FONT:0) Enerji denklemi:[Döneticileri modellemek için kullanılabilir, özellikle hava perdeleri ısıtılır veya serinlenirken. Boussinesq Nearimation veya ideal gaz yasası ile buygunluk etkilerini içerir.
  • [FONT:0)Radiation:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0))))) Negable in most Closed cases, but if the entry is exposed to direct solar, solar yükleme, ayrık koordinatlar (DO) modeli kullanarak modellenebilir.
  • [FONT:0) Sınırsal koşullar:[Dönemli koşullar:[Dönetici: ·0)

    [Dönemli veya kullanıcı tanımlı profili ile birlikte giriş yapın.(=) ve hidrolik çapı (4 × nozlu genişlik).

  • [FONT=0)Outdoor sınırı: [Dönemli toplam baskı (0 Pa g) ve çevre sıcaklığı ile basınç dağılımı.For wind effects, use speed inlet with a logarithmic profile.
  • [FONT=0) Kapı sınırları: [Dönemli baskı (tipik olarak 5-20 Pa, dış mekanlara kıyasla, basıncılık için olumlu).
  • [FONT:0)Walls:[Dönem:[Dönemli ısı transfer sınır koşulları (adiabatic veya reçeteli ısı flux).

Transient simülasyonlar kapı operasyonu geçici olarak kesintiye uğratılırsa gerekli olabilir (örneğin, otomatik kapılar açılma ve kapanma). Sürekli açık kapı yolları için, istikrarlı bir devlet çözümü genellikle yeterli ve daha hızlı.

Çözüm ve Convergence

Enerji için ikinci sıralı diskretasyon kullanın, rekatleme ve enerji denklemleri sayısal difüzyonu azaltmak için. Çifte çözümleyicileri genellikle 500-1500'e yakın akışlar için ayarlamaları gerekir: Süreklilik için 10-5'e kadar 10-5'e kadar, toplam baskı kaybı ve toplu akış oranın açılması gibi entegre miktarlar.

Optimizing Air Perde Performansı CFD

Sağlanan modelle (Bölüm 5), bir sonraki adım en iyi tasarım parametrelerini tanımlamak için parametrik çalışmalar yapmaktır. Anahtar kaldıraçlı hava sıcaklığı (eğerse) konfor ve infiltre azaltmak için ayarlanabilir.

Nozzle Angle ve Velocity

Zemine göre jetin açısı kritiktir. Tipik bir aralık 10° ila 30°'ye doğru, kenarda en iyi ayrılık etkinliği sağlar.0) Siegen Üniversitesi) (link:END:2)Yapma ve Çevre, 2019) , 15 ° 15 °'nin açılarından [Döneticileri için en iyi ayrımı sağlar[Döneticileri artırmak için en iyi şekilde ayarlanır.

Nozzle Genişlik ve Aspect Oran

Wider nozulları (örneğin, 40 mm vs. 20 mm) aynı akış hızı için daha düşük çıkış ve konumları azaltır, gürültüyü azaltır ve taslağı azaltır. Ancak, daha geniş jetler daha yüksek bir ivmeye sahiptir ve bir hıza daha dayanıklı olabilir > 50 bu son etkiler.

Bina HVAC ile entegrasyon

Hava perdeleri genellikle hava perdeleri ile entegre edilir, ancak ektrasyonları azaltabilir.Temizsizlik sistemleri ile etkileşimi modelleyebilir.(0)ASHRAE Standart 90.1) Bu tür bir hava perdesi olarak kullanılabilir ve açıklanabilir bir şekilde kullanılan ve basit analizler genellikle eklenmeyi gösterir.

Vaka Çalışması: Bir Perakende Girişi için Şaşırtıcı Bir Bakış

Pratik CFD uygulamasını göstermek için, 8 ila 15 m /s arasında değişen 2.5 m yüksek bir perakende kapısı düşünün. iç sıcaklık 22°C, açık 35°C (summerbulence) hava perde ünitesi daha önce açıklanan 2,3 milyon hücre ve deşarjların genişliğine sahiptir.

Üç nolu açı (10°, 15° ve 20° havailerine karşı) her hızda simüle edildi. Düşük hız (8 m /s), en iyi ayrılık etkinliği elde edilen 15° açısı ( ⁇ = 0.78, yüksek hızda (15 m/s), yüksek hızda en iyi şekilde yapılan % 32 oranında azaltıldı ( ⁇ = 0.91), çünkü yüksek momentum jeti dışsal sınır tabakası daha etkili bir şekilde nüfuz etti.

CFD ayrıca, ışık 20°'yi aştığında kapının üst kısmında bir recirculation bölgesi açığa çıkardı ve uzaya girmek için sıcak havalara neden oldu.

Geçerlilik ve Fiziksel Test

CFD güçlü bir tasarım aracı olsa da, tahminleri güvenilirlik sağlamak için deneysel ölçümlere karşı doğrulanmalıdır. Ortak geçerlilik yöntemleri şunları içerir:

  • [FONT=0)Particle Image Velocimetri (PIV): ), jetin kesitinde tüm alan hız ölçümlerini sağlar. PIV verileri kalibre edici model parametreleri (örneğin, kanal yoğunluğunda).
  • [FONT:0]Hot-wire anemometri: Noktasal olarak jet merkezi boyunca anlam ve dalgalanmaların ölçülmesi.
  • [FONT:0]Temperature sensörleri: [Dönetici: [Dönetici: [Düzg: 1) Termo çift dizileri, kapı yakınında sıcaklık çürümesini ve stratejileştirmeyi ölçmek için ölçülmektedir.
  • [FONT:0]Tracer gaz çürümesi: [Döntgen:[Dönetici: 1) SF6 veya CO2 kullanarak hava değişim oranlarını ve ayrılık verimliliğini ölçmek için.

Uygulamada, iyi eşdeğer bir CFD modeli ile k- ⁇ SST türbülans modeli tipik olarak deneysel değerlerin% 10'unda ayrım etkinliğini tahmin eder, çünkü INFORM White Paper on Air Perde Optimizasyon).

Ticari Kurulumlar için Pratik Değerlendirmeler

Simülasyonun ötesinde, birkaç gerçek dünya faktörü hava perde performansını etkiler:

  • [FONT:0]Door operasyonu:[Dönetici:[Döncük açma/kömürmeler geçici etkiler ortaya koyar.kanış ağları veya üst düzey ağlarla sağlanamaz, ancak basitleştirilmiş yarı-steady yaklaşımlar genellikle yeterlidir.
  • [FONT:0)Wind etkiler:[Dönetici:0) Dış rüzgar hızı 3 m /s olarak düşük olduğu gibi, hava perdesi telafi etmek için tasarlanmamışsa, sabit hız profilleri ile yerel rüzgar verilerine göre (örneğin, [[DüzD:2NOAA) gerekli güvenlik marjlarını belirlemenize yardımcı olur.
  • [FONT:0]Maintenance:[[Dönetici:[Döntgen: 0) Kirli filtreler veya hasarlı nozulların degrad performansı. CFD kısmi blokaj, rehberlik bakım programları için hassasiyeti değerlendirebilir.
  • [FONT:0) Hayır:[Dönetici jetleri gürültü üretmelidir, bu da 50 dBA'nın perakende ortamlarda tutulması gerekir. akustik analoglarla çiftleştirilmiş (örneğin, Ffowcs Williams-Hawkings) ses baskı seviyelerini tahmin edebilir, ancak çoğu zaman ampirik düzeltmeler kullanılır.

Şu anki üreticiler, ürün geliştirme döngülerine kadar CFD dahil olmak üzere, ve birçok özel tasarım hizmeti sunmaktadır.Bu üreticilerle işbirliği yapmak, optimize edilmiş sistemlerin dağıtımını hızlandırabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ticari girişler için verimli hava perdeleri tasarlamak, basit bir şekilde akışkan dinamikleri, ısı transferlerini ve enerji etkileşimleri oluşturmak için derin bir anlayış gerektirir.C ⁇ Akışkanlar Dinamikleri ANSYS Fluent ile tasarım alternatiflerini hızlı ve maliyetle keşfetme yeteneğine sahiptir.Demekli bir metodolojiye göre - geometri ve ağlayarak, uygun türbülans modellerini seçmek, gerçekçi sınır koşullarını belirlemek ve temel performans ölçümleri metrikleri yayınlamak -mühendisler,% 80 veya daha fazla zaman içinde tasarımda azaltabilecek hava perdeleri elde edebilir.

Yüksek performanslı hesaplama, GPU Hızlandırma ve makine öğrenimi destekli optimizasyon dahil olmak üzere CFD yeteneklerin devam eden ilerlemesi, tasarım sürecini daha da kolaylaştıracaktır. Enerji kodları daha sıkı ve sürdürülebilirlik hedefleri daha hırslı, hava perde CFD analizi artık ciddi bir bina enerji danışmanı veya HVAC mühendisi için standart bir uygulama değildir.

Tasarım döngüsüne simülasyonu entegre ederek, paydaşları her ticari girişin gerçek bir termal bariyer olarak çalıştığını garanti edebilir - dayanılmaz, temiz ve verimli.