Kapalı Hava Kalite Sistemlerindeki Nem Etkisini Modellemek için Ansys Fluent kullanarak

Nem ve Kapalı Hava Kalitesine Etkisi

Kapalı hava kalitesi (IAQ) insan sağlığını, konforunu ve verimliliğini doğrudan etkileyen çok boyutlu bir endişedir. IAQ'yi etkileyen birçok faktör arasında, nem özellikle karmaşık bir değişken olarak ortaya çıkmaktadır. Nem sadece termal konfor değil, aynı zamanda kalıp, bakteriler gibi biyolojik kirleticilerin hayatta kalması ve çoğalması ve toz mites.

Nem genellikle iki şekilde ifade edilir: göreceli nem (RH) ve mutlak nem (AH) . Havadaki su buharının en yüksek miktardaki ısıya göre havadaki ısı miktarını azaltabilir, ancak mutlak nem, hava hacmine göre su buharı miktarı azalırken -% 60-70 - serin yüzeylerde tıkanma riskini artırır - Amerikan konforu ve nakavtımı sağlar.

Miktiyi yönetmek sadece bir anlam eklemek veya kaldırmak meselesi değildir.Dönetici hızlarının, hava dağıtım desenleri, sıcaklık kontrolü ve genellikle basitleştirilmiş analitik modellerden veya sadece nemli ölçümlerden elde edilemeyen bilgileri sağlamak.Bu, hesaplamalı akışkan dinamikleri (CFD) çok değerli bir araç haline gelir. CFD mühendisler ısı, hava, ve nem kapalı alanlarda çift taşımayı, ayrıntılı uzaysal ve zamansal ölçümler sağlar.

IAQ Analizinde C ⁇ Akışkanlar Dinamiklerinin Rolü

C ⁇ sıvı dinamikleri, sıvı akışın yönetim denklemlerini çözmek için sayısal yöntemler kullanır - isim olarak, Navier-Stokes denklemleri momentum için, süreklilik denklemleri ve ısı transferleri için enerji denklemleri. nem modellemesi için, ek bir tür taşıma denklemleri su buharının konsantrasyonunu takip etmek için çözülür. ANSYSent, kapalı hava kalitesi uygulamaları için en yaygın kullanılan CFD çözücülerden biridir, çünkü sağlam türevcut modeller, çoklu fazlı yetenekler ve çok değişken seçenekler sunar.

IAQ çalışmaları uygulandığında, CFD simülasyonlar yerel nem seviyelerini nasıl cevaplayabilir: Tedarik diyalektiklerinin pozisyonu ne kadar nem dağılımı etkilemez? Aynı zamanda soğuk pencere yüzeylerinde de su tüketimi ve nemlendirme şekilleri (insanlar, yemek pişirme, bitkiler) yerel nem seviyelerini nasıl etkiler?Bu soruları yüksek uzaysal çözünürlükle cevaplayarak, mühendisler sadece ASHRAE standartlarını değil aynı zamanda enerji tüketimini en aza indirmek ve ne kadar nemle ilgili hasar riskini azaltırlar.

Nem Modeling'te Anahtar Fiziksel Mekanizmalar

İç havadaki Moisture, bir CFD modelde doğru şekilde temsil edilmesi gereken birkaç fiziksel mekanizmayı içerir. birincil mekanizmalar (suyu taşıyan hava hareketi), diffüzyon (molecular arası taşıma) ve faz değişikliği (suyuşma veya kondensasyon) Birçok iç senaryoda, adveksiyon baskınlar, ancak yakın soğuk yüzeyler veya durgun bölgelerde, difüzyon ve kondensasyon kritik hale gelir.

Su Vapor için Tür Taşıma

ANSYS Fluent'te, su buharı, kütle kestiği teorisini hesaplamak için pasif bir ölçeksel tür olarak tedavi edilir.Kullanıcı, su buharının inceliklerini, veya alternatif olarak, su buharının kinetik teoriyi kullanarak sabit veya hesaplanabilir.For correct results at different resources, but the variable of water steam atlets.

Condensation ve Evaporation

Condensation, moist havanın yüzey sıcaklığında doygun bir floranın (daha sofistike Eulerian duvar filmi modellerini kullanarak) veya daha sofistike bir ısı geçişi için yararlı olan bir yüzeyle temas halinde meydana geldiğinde meydana gelir. ANSYS Fluent, film ve buharlaşma modelini düzelten ve ısı transferini sağlayan bir model içerir.

Turbulence ve Moisture Dispersion üzerindeki Etkisi

Kapalı hava akışları neredeyse her zaman, düşük ve konumlarda bile, obsiyonlar, termal tesisatlar ve diffüz jetler nedeniyle, nem dağılımını artırır ve ANSYS Fluent, kapalı akışlar için uygun bir dizi türbülanse sunar, standart k- ⁇ model (birçok iyi karıştırılmış boşluklar için eşdeğer) gerçekleştirilebilir k- ⁇ ve SST k- ⁇ modelleri ile bölgelerde daha iyi doğruluk için, büyük Eddy Simülasyonu (LES) en yüksek sadakat için en yüksek hesaplamalı yöntemler için yasal ve doğrulanabilir.

ANSYS Fluent'de bir Nem Simülasyonu

İyi yapılandırılmış bir simülasyon akışı anlamlı sonuçlar üretmek için gereklidir. Aşağıdaki adımlar ANSYS Fluent kullanarak kapalı alanlarda modelleme için tipik bir metodolojiyi özetliyor.

1. Geometry and Me Generation

İlk görev, geometrinin hücrelere doğru düzgün bir şekilde temsil ettiği bir hesaplama geometrisi oluşturmaktır, duvarları, pencereleri ve havalandırma bileşenleri. ANSYS DesignModeler veya SpaceClaim bu amaçla kullanılabilir.Geçmiş - Geometrinin diskatizasyonu, daha fazla rafineriye bağlı duvarlar ve diffüzerleri çözmek için yeterince iyi olmalıdır.

2. Boundary Koşulları

Sınır koşulları hava akışı ve nem kaynakları ve lavaboları tanımlar. Ortak türler şunlardır:

3. Fiziksel Modelleri Seçin

ANSYS Fluent'te, enerji denklemi ve türlerin ulaşım modelini etkinleştirin (örneğin, gerçekleştirilebilir k- ⁇ gelişmiş duvar tedavisi ile).Eğer kondensasyon veya buharlaşmanın beklendiği gibi, Eulerian duvar filminin veya inşa edilmiş kondensasyon/evaporasyon modelinin çok fazla seçenek altında kullanılmasını sağlar.

4. Solver Ayarları ve Convergence

Basınç tabanlı çözücü (segregated algorithm) kullanın, çünkü akışlar düşük Mach numaralarına baskılı olabilir. SIMPLE veya SIMPLEC planı sürekli olarak mevcut simülasyonlar için iyi çalışır. PISO algoritması tavsiye edilir. Enerji ve türler için 1e-6, ortalama oda nemleri için minimum düzeyde azaltılabilir.

5. Posta-Processing and Analysis

Çözüm bir araya geldiğinde, ANSYS Fluent'in post-işlem araçları (veya CFD-Post) alt düzlemleri, sıcaklık ve hava hızı, faiz düzlemleri ve yol hatlarının düzlemleri üzerinde görselleştirilmesine yardımcı olur.Kampiyonel alanda ortalama olarak,% 70'in üzerinde alan yüzdesi, ve kondensasyon kütlesi flux'ı soğuk yüzeylerde kullanarak sabitlenebilir. Parametrik çalışmalar -kıtlı konumu ve hava akışı oranını görselleştirmeye yardımcı olur.

Örnek Uygulama: Bir Office Konferans Odasında Optimizasyonu

Standart bir konferans odası 8 m × 6 m × 3 m tavan destekli bir karıştırma havalandırma sistemi ile ölçülür. Oda 12 kişi tarafından işgal edilir, her biri uygun havalandırma tasarımı olmadan yaklaşık 75 W'i oluşturur ve penceredeki en yüksek çözünürlük ve kalıp büyümesi ile birlikte.

A CFD simülasyonu yukarıda açıklanan metodolojiyi kullanıyor. Tedarik diyalektörleri 18°C ve %50 RH'da havanın 150 L/sünürlerini veriyor.Geçmiş, pencerenin üzerindeki alanın% 75'i aştığını gösteriyor ve yüzeydeki kondensasyon oranı 0.2 g/m2 olarak tahmin ediliyor.

Simülasyon öngörülerini kullanarak, mühendis tasarımı değiştirir: ısıtılmış bir glaning ünitesi, 16°C'nin üzerindeki pencere yüzeyi tutmak için belirtilmiştir ve camın boyunca hava akışı boyunca hafif bir azaltım eklenir.Reelasyon oranın aynı IAQ performansın daha az açık hava ile düşmesine izin verir.Bu tür işgal edilen bölge yerlerin yalnızca% 60'ın altında kalması yasaklanır.

Gelişmiş Tahminler ve Modelleme Teknikleri

Daha karmaşık veya yüksek kodlu uygulamalar için, ek modelleme yetenekleri kullanılabilir.

Mist veya Fog için Multifa Modeling

Hava süper doygun olduğunda (örneğin, duşlarda, yüzme havuzlarında veya endüstriyel nemlileştirme süreçleri), su buharı, inceliklerin bir foklarına konabilir. Eulerian duvar filmi modeli havadan çıkmamaktadır.Böyle durumlarda Eulerian-Eulerian veya Lagrangian faz modeli (DPM) iki aşamalı bir şekilde sabitlenmenin en gerçekçi gösterimini sağlar.

Bina Enerji Simülasyonu (BES) ile Coupling

CFD modelleri genellikle yüksek bir uzaysal çözünürlükte hava alanını simüle edebilir, ancak kısa süre boyunca ısı ve kütle transfer katlarını analiz etmek için, bu çiftleştirilmiş yaklaşım özellikle EnerjiPlus veya TRNSYS gibi bir bina enerji simülasyon aracı ile mümkündür. BES aracı, taşıma hızları, havalandırma programları, iç kazanımlar) sağlam bir şekilde yapı malzemeleri ile etkileşim sağlar.

Kullanıcı Tanımlanmış Fonksiyonlar (UDFs)

ANSYS Fluent'in UDF kapasitesi, özel kaynak terimleri, sınır koşulları veya ulaşım denklemleri için. IAQ için, bir UDF, göz ardı edilen malzemelerin ne kadar tampon etkisini modelleyebilir (örneğin, gypsum kurulu, ahşap), bu emir ve salıverme nemi yerel nemlere dayanan bir fikre sahip bir fikre sahip olabilir.

Nem Modeling için CFD Faydaları ve Sınırlamaları

IAQ tasarımı için CFD kullanmanın avantajları amplitüd edildi: yüksek uzaysal bir karar, çok sayıda tasarım versiyonunu test etme yeteneği, termal ve nez alanlarını ve kondensasyon riskinin görselleştirilmesi. Ancak, uygulayıcılar sınırlamaları da kabul etmelidir. CFD simülasyonlar önemli hesaplama kaynakları gerektirir - tek bir sabit devlet simülasyonu yüksek performanslı bir iş istasyonuna karşı saatlerce geçerli olabilir ve geçici simülasyonlar günlerce çalıştırılabilir.

Dahası, CFD yüksek doğruluk gerekli olan fiziksel ölçümler için bir yedek değildir, örneğin emisyon sistemleri için. daha iyi bir tasarım ve optimizasyon aracı olarak kullanılır, sonra nokta ölçümleri ve komisyonlama testleri yoluyla doğrulanan kararları bildirir. ses mühendisliği kararıyla uygulandığında, CFD modelleme, doğrudan daha sağlıklı, daha rahat ve daha enerji verimli bir iç ortamlara katkıda bulunan güçlü bir yetenektir.

Dış Kaynaklar ve Daha Fazla Okuma

Mik modelleme ve IAQ anlayışını derinleştirmek isteyenler için aşağıdaki kaynaklar önerilir:

ANSYS Fluent gibi gelişmiş CFD araçları kullanarak, mühendisler basit varsayımların ötesine geçebilir ve sağlık, konfor ve sürdürülebilirliği teşvik eden kapalı ortamlar için kanıt temelli tasarımlar geliştirebilirler.