Abi Tele2-st, tariifid, küsimused

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mihhail Samoletov

IN kaasaegne maailm projekteerimisel ei saa enam ilma õhuvoolu matemaatilise modelleerimiseta ventilatsioonisüsteemid.

Kaasaegses maailmas ei saa ventilatsioonisüsteemide projekteerimisel enam läbi ilma õhuvoolu matemaatilise modelleerimiseta. Tavapärased inseneritehnikad sobivad hästi tüüpilised ruumid ja standardsed õhujaotuslahendused. Kui disainer seisab silmitsi mittestandardsete objektidega, peaksid talle appi tulema matemaatilised modelleerimismeetodid. Artikkel on pühendatud õhu jaotuse uurimisele külm periood aastat torutootmistsehhis. See töökoda on osa teravalt kontinentaalses kliimas asuvast tehasekompleksist.

Veel 19. sajandil saadi vedelike ja gaaside voolu kirjeldamiseks diferentsiaalvõrrandid. Need on sõnastanud prantsuse füüsik Louis Navier ja Briti matemaatik George Stokes. Navier-Stokesi võrrandid on hüdrodünaamikas ühed olulisemad ja neid kasutatakse paljude matemaatilises modelleerimises. looduslik fenomen ja tehnilisi probleeme.

Taga viimased aastad kogunenud suur valik geomeetriliselt ja termodünaamiliselt keerukad objektid ehituses. Arvutuslike vedelikudünaamika meetodite kasutamine suurendab oluliselt ventilatsioonisüsteemide projekteerimise võimalusi, võimaldades suure täpsusega ennustada kiiruse, rõhu, temperatuuri ja komponentide kontsentratsiooni jaotusi hoone mis tahes punktis või selle mis tahes punktis. ruumid.

Arvutusvedeliku dünaamika meetodite intensiivne kasutamine algas 2000. aastal, kui ilmusid universaalsed tarkvara kestad (CFD paketid), mis võimaldasid leida Navier-Stokesi võrrandite süsteemile numbrilisi lahendusi seoses huvipakkuva objektiga. Sellest ajast alates on BUREAU TECHNIKI tegelenud ventilatsiooni- ja kliimaseadmete probleemide matemaatilise modelleerimisega.

Ülesande kirjeldus

Selles uuringus viidi läbi numbrilised simulatsioonid, kasutades CD-Adapco välja töötatud CFD paketti STAR-CCM+. Selle paketi jõudlus ventilatsiooniprobleemide lahendamisel oli
testitud mitu korda erineva keerukusega objektidel, alates kontoriruumid teatritesse ja staadionidele.

Probleem pakub suurt huvi nii disaini kui ka matemaatilise modelleerimise seisukohalt.

Välistemperatuur -31 °C. Ruumis on olulise soojussisendiga objektid: karastusahi, karastusahi jne. Seega on väliste piirdekonstruktsioonide ja sisemiste soojust tekitavate objektide vahel suured temperatuuride erinevused. Seetõttu ei saa modelleerimisel tähelepanuta jätta kiirgusliku soojusülekande panust. Ülesande matemaatilise sõnastuse lisakeerulisus seisneb selles, et mitu korda vahetuses juhitakse ruumi raske rong, mille temperatuur on -31 °C. See soojeneb järk-järgult, jahutades ümbritsevat õhku.

Nõutava õhutemperatuuri hoidmiseks töökojas (külmal aastaajal mitte alla 15 °C) on projektis ette nähtud ventilatsiooni- ja kliimaseadmed. Projekteerimisetapis arvutati nõutavate parameetrite säilitamiseks vajalik tarnitava õhu voolukiirus ja temperatuur. Küsimus jäi - kuidas juhtida õhku töökoja mahtu, et tagada võimalikult ühtlane temperatuurijaotus kogu mahu ulatuses. Modelleerimine võimaldas suhteliselt lühikese aja jooksul (kaks kuni kolm nädalat) näha mitme õhuvarustuse variandi õhuvoolu pilti ja neid seejärel võrrelda.

MATEMAATILISE MODELLEERIMISE ETAPID

• Tahke geomeetria konstrueerimine.
• Tööruumi jagamine arvutusvõrgu lahtriteks. Kohad, kus on vaja täiendavat rakkude purustamist, tuleks eelnevalt ette näha. Võrgusilma konstrueerimisel on väga oluline leida see kuldne kesktee, mille puhul lahtri suurus on õigete tulemuste saamiseks piisavalt väike, samas kui lahtrite koguarv ei ole nii suur, et arvutusaeg oleks lubamatu. Seetõttu on ruudustiku konstrueerimine kunst, mis tuleb kogemustega.
• Piir- ja lähtetingimuste seadmine vastavalt ülesandepüstitusele. Vajalik on arusaamine ventilatsiooniülesannete spetsiifikast. Mängib suurt rolli arvutuse ettevalmistamisel õige valik turbulentsi mudelid.
• Sobivate füüsikaliste ja turbulentsimudelite valimine.

Simulatsiooni tulemused

Käesolevas artiklis käsitletud probleemi lahendamiseks viidi läbi kõik matemaatilise modelleerimise etapid.

Ventilatsiooni efektiivsuse võrdlemiseks valiti kolm õhuvarustuse võimalust: vertikaali suhtes 45°, 60° ja 90° nurga all. Õhuvarustus viidi läbi tavalistest õhujaotusvõredest.

Erinevate etteandenurkade juures tehtud arvutuste tulemusena saadud temperatuuri- ja kiirusväljad toiteõhk, on esitatud joonisel fig. 1.

Pärast tulemuste analüüsi valiti 90° sissepuhkeõhu sissepuhkenurk vaadeldud töökoja ventilatsioonivariantidest edukaimaks. Selle esitamisviisiga ei suurenenud kiirused V tööala ning on võimalik saavutada üsna ühtlane temperatuuri- ja kiirusmuster kogu töökoja mahu ulatuses.

Lõplik otsus

Temperatuuri ja kiiruse väljad kolmes ristlõiked toitevõre läbivad on näidatud joonisel fig. 2 ja 3. Temperatuuri jaotus kogu ruumis on ühtlane. Ainult ahjude kontsentreeritud piirkonnas täheldatakse lae all kõrgemat temperatuuri. Ahjudest kõige kaugemal toa paremas nurgas on külmem ala. See on koht, kuhu sisenevad tänavalt tulnud külmad vankrid.

Jooniselt fig. 3 näete selgelt, kuidas sissepuhkeõhu horisontaalsed joad levivad. Selle toitemeetodi korral on toitejoa tööulatus üsna suur. Seega on võrgust 30 m kaugusel voolukiirus 0,5 m/s (võrgust väljumisel kiirus 5,5 m/s). Ülejäänud ruumis on õhu liikuvus väike, 0,3 m/s.

Karastusahjust tulev kuumutatud õhk suunab sissepuhkeõhuvoolu ülespoole (joonis 4 ja 5). Pliit soojendab enda ümber olevat õhku väga tugevasti. Põranda lähedal on siin temperatuur kõrgem kui ruumi keskmises osas.

Temperatuuriväli ja voolujooned kuuma poe kahes osas on näidatud joonisel fig. 6.

järeldused

Arvutused võimaldasid analüüsida efektiivsust erinevatel viisidelõhuvarustus torude tootmistsehhis. Leiti, et horisontaaljoaga varustatuna levib sissepuhkeõhk ruumi kaugemale, aidates kaasa selle ühtlasemale soojendamisele. Sel juhul ei ole tööpiirkonnas liiga suure õhuliikuvusega piirkondi, nagu juhtub sissepuhkeõhu tarnimisel allapoole suunatud nurga all.

Matemaatiliste modelleerimismeetodite kasutamine ventilatsiooni ja kliimaseadmete probleemides on väga paljutõotav suund, mis võimaldab teil projekti etapis lahendust parandada ja vältida ebaõnnestunud parandamise vajadust disainilahendused pärast rajatiste kasutuselevõttu. ●

Daria Denisikhina - matemaatilise modelleerimise osakonna juhataja;
Maria Lukanina - matemaatilise modelleerimise osakonna juhtivinsener;
Mihhail Samoletov - MM-Technologies LLC tegevdirektor

1

Töös vaadeldakse ventilatsiooni modelleerimise protsesse ja selle heitmete hajumist atmosfääris. Simulatsioon põhineb Navier-Stokesi võrrandisüsteemi, massi, impulsi ja soojuse jäävuse seaduste lahendamisel. Vaadeldakse nende võrrandite arvulise lahenduse erinevaid aspekte. Välja on pakutud võrrandisüsteem, mis võimaldab arvutada tausta turbulentsiteguri väärtust. Hüpohelilise lähenduse jaoks on koos artiklis toodud hüdrogaasidünaamiliste võrranditega välja pakutud lahendus ideaalse reaalse gaasi ja auru seismise võrrandile. See võrrand on van der Waalsi võrrandi modifikatsioon ja võtab täpsemalt arvesse gaasi- või aurumolekulide suurusi ja nende vastastikmõju. Termodünaamilise stabiilsuse tingimuse põhjal on saadud seos, mis võimaldab ruumala võrrandi lahendamisel välistada füüsiliselt võimatud juured. Teostatakse teadaolevate arvutusmudelite ning vedeliku ja gaasi dünaamika arvutuspakettide analüüs.

modelleerimine

ventilatsioon

turbulents

soojus- ja massiülekande võrrandid

olekuvõrrand

päris gaas

hajumine

1. Berlyand M. E. Kaasaegsed küsimused atmosfääri difusioon ja õhusaaste. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 lk.

2. Beljajev N. N. Mürgise gaasi hajumise protsessi modelleerimine ehitustingimustes // DIIT bülletään. - 2009. - nr 26 - Lk 83-85.

3. Byzova N. L. Atmosfääri difusiooni eksperimentaalsed uuringud ja lisandite dispersiooni arvutused / N. L. Byzova, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 lk.

4. Datsyuk T. A. Ventilatsiooniheitmete hajumise modelleerimine. - Peterburi: SPBGASU, 2000. - 210 lk.

5. Sauts A. V. Kognitiivse graafika algoritmide ja meetodite rakendamine matemaatiline analüüs uurida isobutaani R660A termodünaamilisi omadusi küllastusjoonel: Grant nr 2C/10: uurimisaruanne (lõplik) / GOUVPO SPBGASU; käed Gorokhov V.L., hispaania keel: Sauts A.V. - Peterburi, 2011. - 30 lk.: ill. 30.- nr.GR 01201067977.-Inv. nr 02201158567.

Sissejuhatus

Tootmiskomplekside ja unikaalsete rajatiste projekteerimisel peavad kvaliteedi tagamisega seotud küsimused olema igakülgselt põhjendatud õhukeskkond ja standardiseeritud mikrokliima parameetrid. Arvestades ventilatsiooni- ja kliimaseadmete valmistamise, paigaldamise ja käitamise kõrgeid kulusid, seatakse kõrgendatud nõudmised tehniliste arvutuste kvaliteedile. Ventilatsiooni valdkonna ratsionaalsete projektlahenduste valimiseks on vaja osata analüüsida olukorda tervikuna, s.o. tuvastada siseruumides ja atmosfääris toimuvate dünaamiliste protsesside ruumiline seos. Hinnake ventilatsiooni tõhusust, mis ei sõltu ainult ruumi õhuhulgast, vaid ka vastuvõetud õhujaotus- ja kontsentratsiooniskeemist kahjulikud ained välisõhus õhuvõtuavade kohtades.

Artikli eesmärk- analüütiliste sõltuvuste kasutamine, mille abil tehakse arvutusi kahjulike heitmete hulga kohta, määratakse kanalite, õhukanalite, šahtide mõõtmed ja õhutöötlusmeetodi valik jne. Sel juhul on soovitav kasutada tarkvara"Vool" mooduliga "VSV". Algandmete ettevalmistamiseks on vaja projekteeritud ventilatsioonisüsteemide skeeme, mis näitavad sektsioonide pikkusi ja õhuvoolu kiirusi otsasektsioonides. Arvutuse sisendandmeteks on ventilatsioonisüsteemide kirjeldus ja sellele esitatavad nõuded. Matemaatilise modelleerimise abil lahendatakse järgmised küsimused:

• õhuvarustuse ja eemaldamise optimaalsete võimaluste valik;
• mikrokliima parameetrite jaotus ruumide mahus;
• arengu aerodünaamilise režiimi hindamine;
• õhu sissevõtu ja eemaldamise kohtade valik.

Kiiruse, rõhu, temperatuuri, kontsentratsioonide väljad ruumis ja atmosfääris tekivad paljude tegurite mõjul, mille kombinatsiooni on ilma arvutit kasutamata insenerarvutusmeetodites üsna raske arvesse võtta.

Matemaatilise modelleerimise rakendamine ventilatsiooni ja aerodünaamika probleemide lahendamisel põhineb Navier - Stokesi võrrandite süsteemi lahendamisel.

Turbulentsete voolude modelleerimiseks on vaja lahendada massi jäävuse ja Reynoldsi (impulsi jäävuse) võrrandite süsteem:

(2)

Kus t- aeg, X= X i , j , k- ruumilised koordinaadid, u=u i , j , k - kiirusvektori komponendid, R- piesomeetriline rõhk, ρ - tihedus, τ ij- pingetensori komponendid, s m- massiallikas, s i- impulsiallika komponendid.

Pingetensorit väljendatakse järgmiselt:

(3)

Kus s ij- deformatsioonikiiruse tensor; δ ij- turbulentsi olemasolust tekkivate lisapingete tensor.

Teabe saamiseks temperatuuriväljade kohta T ja keskendumine Koos kahjulikke aineid, täiendatakse süsteemi järgmiste võrranditega:

soojuse säilimise võrrand

passiivse lisandi jäävuse võrrand Koos

(5)

Kus CR- soojusmahtuvuse koefitsient, λ - soojusjuhtivuse koefitsient, k= k i , j , k- turbulentsustegur.

Turbulentsi põhitegur k alused määratakse võrrandisüsteemi abil:

(6)

Kus k f - tausta turbulentsustegur, k f = 1-15 m2/s; e = 0,1-04;

Turbulentsitegurid määratakse võrrandite abil:

(7)

Peal avatud ala madalal hajumisel väärtus k z määratakse võrrandiga:

k k = k 0 z /z 0 ; (8)

Kus k 0 - väärtus k k kõrgel z 0 (k 0 = 0,1 m 2 /s at z 0 = 2 m).

Avatud alal tuule kiiruse profiil ei deformeeru, s.t.

Tundmatu atmosfääri kihistumise korral avatud alal saab tuule kiiruse profiili määrata:

; (9)

kus z 0 on etteantud kõrgus (tuulelipu kõrgus); u 0 - tuule kiirus kõrgusel z 0 ; B = 0,15.

Vastavalt tingimusele (10) kohalik Richardsoni kriteerium Ri defineeritud kui:

(11)

Diferentseerime võrrandit (9), võrdsustame võrrandid (7) ja (8) ning sealt edasi väljendame k alused

(12)

Võrdlustame võrrandi (12) süsteemi (6) võrranditega. Asendame (11) ja (9) saadud võrdusesse ning lõplikul kujul saame võrrandisüsteemi:

(13)

Boussinesqi ideid järgiv pulsatsioonitermin on esitatud järgmiselt:

(14)

kus μ t- turbulentne viskoossus ja lisaliikmed energiaülekande võrrandites ja segukomponentides on modelleeritud järgmiselt:

(15)

(16)

Võrrandisüsteemi sulgemine toimub ühe allpool kirjeldatud turbulentsimudeli abil.

Ventilatsioonipraktikas uuritud turbulentse voolu puhul on soovitav kasutada kas Boussinesqi hüpoteesi tiheduse muutuste väiksuse kohta või nn hüposonaalset lähendust. Eeldatakse, et Reynoldsi pinged on proportsionaalsed ajakeskmiste deformatsioonikiirustega. Kasutusele võetakse turbulentse viskoossuse koefitsient, seda mõistet väljendatakse järgmiselt:

. (17)

Efektiivne viskoossuse koefitsient arvutatakse molekulaar- ja turbulentsete koefitsientide summana:

(18)

Hüposooniline lähendamine hõlmab koos ülaltoodud võrranditega ideaalse gaasi olekuvõrrandi lahendamist:

ρ = lk/(RT) (19)

Kus lk - surve sisse keskkond; R- gaasikonstant.

Täpsemate arvutuste jaoks saab lisandite tiheduse määrata reaalsete gaaside ja aurude modifitseeritud van der Waalsi võrrandi abil

(20)

kus on konstandid N Ja M- arvestama gaasi- või aurumolekulide assotsieerumist/dissotsieerumist; A- võtab arvesse muid interaktsioone; b" - gaasimolekulide suurust arvesse võttes; υ=1/ρ.

Rõhu eraldamine võrrandist (12) R ja eristades seda mahu järgi (võttes arvesse termodünaamilist stabiilsust), saame järgmise seose:

. (21)

Selline lähenemine võimaldab oluliselt lühendada arvutusaega võrreldes kokkusurutava gaasi täielike võrrandite kasutamisega, ilma et see vähendaks saadud tulemuste täpsust. Ülaltoodud võrranditele ei ole analüütilist lahendust. Sellega seoses kasutatakse numbrilisi meetodeid.

Lahendada ventilatsiooniprobleeme, mis on seotud skalaarsete ainete ülekandmisega turbulentse vooluga, lahendamisel diferentsiaalvõrrandid kasutada jagamisskeemi vastavalt füüsikalistele protsessidele. Vastavalt skalaaraine hüdrodünaamika ja konvektiiv-difuusse transpordi võrrandite poolitamise, lõpliku diferentsiaalintegreerimise põhimõtetele igal ajasammul Δ t viiakse läbi kahes etapis. Esimeses etapis arvutatakse hüdrodünaamilised parameetrid. Teises etapis lahendatakse arvutatud hüdrodünaamiliste väljade põhjal difusioonivõrrandid.

Soojusülekande mõju õhu kiirusvälja kujunemisele võetakse arvesse Boussinesqi lähenduse abil: vertikaalse kiiruse komponendi liikumisvõrrandisse lisatakse täiendav termin, võttes arvesse ujuvusjõude.

Probleemide lahendamiseks turbulentne liikumine vedelal on neli lähenemisviisi:

• otsemodelleerimine “DNS” (mittestatsionaarsete Navier-Stokesi võrrandite lahendus);
• keskmistatud Reynoldsi võrrandite "RANS" lahendus, mille süsteem ei ole aga suletud ja nõuab täiendavaid sulgemisseoseid;
• suurte pööriste meetod "LES" » , mis põhineb mittestatsionaarsete Navier-Stokesi võrrandite lahendamisel alamvõrgu skaala keeriste parameetritega;
• "DES" meetod , mis on kahe meetodi kombinatsioon: eraldatud voolude piirkonnas - "LES" ja "sujuva" voolu piirkonnas - "RANS".

Saadud tulemuste täpsuse seisukohalt on kahtlemata kõige atraktiivsem meetod otsese numbrilise modelleerimise meetod. Kuid praegu ei võimalda arvutitehnoloogia võimalused veel lahendada probleeme reaalse geomeetria ja arvudega Re ja igas suuruses keeriste eraldusvõimega. Seetõttu lahendades laia valikut inseneriprobleemid rakendada Reynoldsi võrranditele arvulisi lahendusi.

Praegu kasutatakse ventilatsiooniprobleemide simuleerimiseks edukalt selliseid sertifitseeritud pakette nagu STAR-CD, FLUENT või ANSYS/FLOTRAN. Õigesti sõnastatud probleemi ja ratsionaalse lahendusalgoritmi korral võimaldab saadav teabemaht projekteerimisetapis valida parim variant, kuid nende programmide abil arvutuste tegemine nõuab asjakohast ettevalmistust ja nende vale kasutamine võib viia ekslike tulemusteni.

"Baasjuhtumiks" võib pidada üldtunnustatud bilansi arvutamise meetodite tulemusi, mis võimaldavad võrrelda vaadeldavale probleemile iseloomulikke integraalväärtusi.

Üks neist olulised punktid Universaalsete tarkvarasüsteemide kasutamisel ventilatsiooniprobleemide lahendamiseks on tegemist turbulentsimudeli valikuga. Praeguseks on teada suur hulk erinevaid mudeleid turbulents, mida kasutatakse Reynoldsi võrrandite sulgemiseks. Turbulentsimudelid klassifitseeritakse turbulentsi karakteristikute parameetrite arvu järgi, vastavalt ühe-, kahe- ja kolmeparameetrilised.

Enamik turbulentsi poolempiirilisi mudeleid kasutavad ühel või teisel viisil "turbulentse ülekandemehhanismi lokaliseerimise hüpoteesi", mille kohaselt turbulentse impulsi ülekande mehhanism määratakse täielikult kindlaks, täpsustades keskmiste kiiruste ja kiiruste lokaalseid tuletisi. füüsikalised omadused vedelikud. See hüpotees ei võta arvesse kõnealusest punktist kaugel toimuvate protsesside mõju.

Lihtsamad on ühe parameetriga mudelid, mis kasutavad turbulentse viskoossuse kontseptsiooni “n t" ja turbulentsi peetakse isotroopseks. Mudeli "n" muudetud versioon t-92" on soovitatav joa ja eraldatud voolude modelleerimiseks. Hea kokkukõla katsetulemustega annab ka üheparameetriline mudel “S-A” (Spalart - Almaras), mis sisaldab koguse transpordivõrrandit.

Ühe transpordivõrrandiga mudelite puuduseks on asjaolu, et neil puudub teave turbulentsi skaala jaotuse kohta L. Summa järgi L neid mõjutavad transpordiprotsessid, turbulentsi tekkimise meetodid ja turbulentse energia hajumine. Universaalne sõltuvus määratleda L ei eksisteeri. Turbulentsi skaala võrrand L sageli osutub just see võrrand, mis määrab mudeli täpsuse ja vastavalt selle rakendatavuse ulatuse. Põhimõtteliselt on nende mudelite rakendusala piiratud suhteliselt lihtsate nihkevooludega.

Kahe parameetriga mudelites, välja arvatud turbulentsi skaala L, kasutage teise parameetrina turbulentse energia hajumise kiirust . Selliseid mudeleid kasutatakse tänapäevases arvutipraktikas kõige sagedamini ja need sisaldavad võrrandeid turbulentsi energiaülekande ja energia hajumise kohta.

Tuntud mudel, mis sisaldab turbulentsienergia ülekande võrrandeid k ja turbulentse energia hajumise kiirust ε. Modellid nagu " k- e" saab kasutada nii seinalähedaste voolude kui ka keerukamate eraldatud voolude jaoks.

Kahe parameetriga mudeleid kasutatakse madala ja kõrge Reynoldsi versioonides. Esimeses võetakse otseselt arvesse molekulaarse ja turbulentse transpordi vastastikmõju mehhanismi tahke pinna lähedal. Kõrge Reynoldsi versioonis kirjeldatakse turbulentse transpordi mehhanismi kindla piiri lähedal spetsiaalsete seinafunktsioonidega, mis seovad vooluparameetrid kaugusega seinast.

Praegu on kõige lootustandvamate mudelite seas mudelid “SSG” ja “Gibson-Launder”, mis kasutavad mittelineaarset seost Reynoldsi turbulentse pingetensori ja keskmise deformatsioonikiiruse tensori vahel. Need töötati välja eraldatud voogude prognoosimise parandamiseks. Kuna need arvutavad kõik tensorikomponendid, vajavad need kaheparameetriliste mudelitega võrreldes rohkem arvutiressursse.

Komplekssete eraldatud voogude puhul ilmnes üheparameetriliste mudelite „n t-92", "S-A" vooluparameetrite prognoosimise täpsuse ja loenduskiiruse osas võrreldes kaheparameetriliste mudelitega.

Näiteks programm "STAR-CD" võimaldab kasutada selliseid mudeleid nagu " k- e", Spalart - Almaras, "SSG", "Gibson-Launder", samuti suur pöörismeetod "LES" ja meetod "DES". Viimased kaks meetodit sobivad paremini õhu liikumise arvutamiseks keerukate geomeetriate korral, kus tekib arvukalt eraldatud keerise piirkondi, kuid need nõuavad suuri arvutusressursse.

Arvutustulemused sõltuvad oluliselt arvutusvõrgu valikust. Praegu kasutatakse võrkude ehitamiseks spetsiaalseid programme. Võre rakkudel võib olla erinevad kujud ja suurused, parim viis sobib konkreetse probleemi lahendamiseks. Lihtsaim ruudustiku tüüp on see, kui lahtrid on identsed ja neil on kuup või ristkülikukujuline. Nüüd inseneripraktikas kasutatavad universaalsed arvutiprogrammid võimaldavad töötada suvaliste struktureerimata võrkudega.

Ventilatsiooniprobleemide arvuliste simulatsiooniarvutuste tegemiseks on vaja määrata piir- ja algtingimused, s.o. sõltuvate muutujate väärtused või nende normaalsed gradiendid arvutusvaldkonna piiridel.

Uuritava objekti geomeetriliste tunnuste piisava täpsusega täpsustamine. Nendel eesmärkidel saame kolmemõõtmeliste mudelite konstrueerimiseks soovitada selliseid pakette nagu “SolidWorks”, “Pro/Engeneer”, “NX Nastran”. Arvutusruudustiku koostamisel valitakse lahtrite arv nii, et saadakse usaldusväärne lahendus minimaalse arvutusajaga. Poolempiirilistest turbulentsimudelitest tuleks valida üks, mis on vaadeldava voolu jaoks kõige efektiivsem.

IN järeldus Olgu lisatud, et toimuvate protsesside kvalitatiivse poole hea mõistmine on vajalik selleks, et õigesti sõnastada probleemi piirtingimused ja hinnata tulemuste usaldusväärsust. Ventilatsiooniheitmete modelleerimist rajatiste projekteerimisetapis võib pidada üheks infomodelleerimise aspektist, mille eesmärk on tagada keskkonnaohutus objektiks.

Arvustajad:

• Volikov Anatoli Nikolajevitš, arst tehnikateadused, Peterburi FSBEI VPOU "SPBGASU" soojus- ja gaasivarustuse ning õhukaitse osakonna professor.
• Poluškin Vitali Ivanovitš, tehnikateaduste doktor, professor, Peterburi riigieelarvelise kõrgharidusasutuse "SPbGASU" kütte-, ventilatsiooni- ja kliimaseadmete osakonna professor.

Bibliograafiline link

Datsjuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. VENTILATSIOONI PROTSESSIDE MODELLEERIMINE // Teaduse ja hariduse kaasaegsed probleemid. – 2012. – nr 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (juurdepääsu kuupäev: 17.10.2019). Toome teie tähelepanu kirjastuse "Loodusteaduste Akadeemia" poolt välja antud ajakirjad

Soojusrežiimi ennustamine teeninduspiirkondades on mitmefaktoriline ülesanne. Teatavasti luuakse soojusrežiim kütte-, ventilatsiooni- ja kliimaseadmete abil. Küttesüsteemide projekteerimisel aga mõju arvesse ei võeta õhuvool loodud teiste süsteemide poolt. See on osaliselt tingitud asjaolust, et õhuvoolude mõju termilisele režiimile võib olla ebaoluline, arvestades tavapärast õhu liikuvust hooldatavates piirkondades.

Süsteemide rakendamine kiirgusküte nõuab uusi lähenemisi. See hõlmab vajadust järgida töökohtadel inimeste kokkupuute norme ja võtta arvesse kiirgussoojuse jaotumist ümbritsevate konstruktsioonide sisepindadel. Tõepoolest, kiirgusküttega köetakse neid pindu valdavalt, mis omakorda eraldavad konvektsiooni ja kiirguse teel soojust ruumi. Tänu sellele seda toetatakse vajalik temperatuur siseõhk.

Reeglina on enamiku ruumide jaoks koos küttesüsteemidega vaja ka ventilatsioonisüsteeme. Seega gaasi kiirgusküttesüsteemide kasutamisel peab ruum olema varustatud ventilatsioonisüsteemidega. Minimaalne õhuvahetus ruumides, kus eralduvad kahjulikud gaasid ja aurud, on sätestatud SP 60.13330.12. Küte, ventilatsioon ja kliimaseade on vähemalt üks kord ja üle 6 m kõrgusel - vähemalt 6 m 3 1 m 2 põrandapinna kohta. Lisaks sellele määrab ventilatsioonisüsteemide toimimise ka ruumide otstarve ja see arvutatakse soojuse või gaasi emissiooni assimilatsiooni või lokaalse imemise kompenseerimise tingimustest. Loomulikult tuleks kontrollida ka õhuvahetuse mahtu põlemisproduktide assimilatsiooni seisundi suhtes. Eemaldatud õhu koguste kompenseerimine toimub süsteemide abil toiteventilatsioon. Sel juhul on hooldatavate piirkondade termilise režiimi kujunemisel oluline roll toitejugadel ja nende poolt sisestataval soojusel.

Uurimismeetod ja tulemused

Seega on vaja välja töötada ligikaudne matemaatiline mudel soojus- ja massiülekande keeruliste protsesside kohta, mis toimuvad kiirguskütte ja ventilatsiooniga ruumis. Matemaatiline mudel on õhu-soojuse tasakaalu võrrandite süsteem ruumi iseloomulike ruumalade ja pindade jaoks.

Süsteemilahendus võimaldab määrata hooldatavates piirkondades õhuparameetreid millal erinevaid valikuid kiirguskütteseadmete paigutus, võttes arvesse ventilatsioonisüsteemide mõju.

Vaatleme näite abil matemaatilise mudeli konstrueerimist tootmisruumid, mis on varustatud kiirgusküttesüsteemiga ja millel puuduvad muud soojusallikad. Emiterite soojusvood jaotuvad järgmiselt. Konvektiivvoolud tõusevad lae alla ülemisse tsooni ja kannavad soojust sisepinnale. Emitteri soojusvoo kiirguskomponenti tajuvad ruumi väliste ümbritsevate konstruktsioonide sisepinnad. Need pinnad omakorda eraldavad soojust konvektsiooni teel siseõhku ja kiirgust teistele sisepindadele. Osa soojusest kandub läbi väliste piiravate konstruktsioonide välisõhku. Soojusülekande arvutusskeem on näidatud joonisel fig. 1a.

Vaatleme matemaatilise mudeli koostamist kiirgusküttesüsteemiga varustatud tootmishoone näitel, millel puuduvad muud soojusallikad. Konvektiivvoolud tõusevad lae alla ülemisse tsooni ja kannavad soojust sisepinnale. Emitteri soojusvoo kiirguskomponenti tajuvad ruumi väliste ümbritsevate konstruktsioonide sisepinnad

Järgmisena käsitleme õhuvoolu tsirkulatsiooni diagrammi koostamist (joonis 1b). Võtame kasutusele „täiendatud“ õhuvahetuse korra. Õhku tarnitakse koguses M hooldatava tsooni suunas ja eemaldatakse ülemisest tsoonist voolukiirusel M sisse = M jne. Hooldusala ülaosa tasemel on õhuvoolu kiirus ojas M lk Õhuvoolu suurenemine toitevoos tekib voolust lahtiühendatud tsirkuleeriva õhu tõttu.

Toome sisse voogude tingimuslikud piirid – pinnad, millel on ainult nende suhtes normaalsed komponendid. Joonisel fig. 1b on voolu piirid näidatud katkendjoonega. Seejärel toome välja hinnangulised mahud: teeninduspiirkond (ala pideva inimeste täituvusega); toitejoa ja seina konvektiivvoogude mahud. Seina konvektiivsete voolude suund sõltub välispiirdekonstruktsioonide sisepinna ja ümbritseva õhu temperatuuride suhtest. Joonisel fig. Joonisel fig 1b on kujutatud skeemi laskuva seina konvektiivvooluga.

Niisiis, õhutemperatuur teeninduspiirkonnas t wz tekib õhu segunemisel toitejugadest, seina konvektiivsetest vooludest ja konvektiivsest soojussisendist sisepinnad põrand ja seinad.

Võttes arvesse väljatöötatud soojusvahetuse ja õhuvoolu tsirkulatsiooni skeeme (joonis 1), koostame eraldatud mahtude jaoks soojus-õhu tasakaalu võrrandid:

Siin Koos— õhu soojusmahtuvus, J/(kg °C); K alates on gaasi kiirgusküttesüsteemi võimsus, W; K koos ja K* c - konvektiivne soojusülekanne seina sisepindadelt hooldatavas piirkonnas ja seinalt hooldusala kohal, W; t leht, t c ja t wz — õhutemperatuurid tööpiirkonna sissepääsu juures etteandevoolus, seina konvektiivvoolus ja tööpiirkonnas, °C; K tp - ruumi soojuskadu, W, võrdne soojuskao kogusega väliste piirdekonstruktsioonide kaudu:

Õhuvool toitevoos teeninduspiirkonna sissepääsu juures arvutatakse M. I. Grimitlini saadud sõltuvuste abil.

Näiteks õhujaoturite puhul, mis loovad kompaktseid jugasid, on voolukiirus joas võrdne:

Kus m— kiiruse sumbumise koefitsient; F 0 - õhujaoturi sisselasketoru ristlõikepindala, m 2; x— kaugus õhujaoturist kuni teeninduspiirkonna sissepääsuni, m; TO n on mitteisotermiline koefitsient.

Õhuvoolu seinalähedases konvektiivses voolus määrab:

Kus t c on välisseinte sisepinna temperatuur, °C.

Võrrandid soojusbilanss piirpindade jaoks on vorm:

Siin K c , K*c, K pl ja K pt - konvektiivne soojusülekanne seina sisepindadelt hooldatavas piirkonnas - vastavalt hooldatava ala kohal olevad seinad, põrand ja kate; K tp.s, K* tp.s, K tp.pl, K tp.pt - soojuskadu vastavate struktuuride kaudu; W koos, W*c, W pl, W pt - nendele pindadele saabuvad kiirgav soojusvood emitterist. Konvektiivse soojusülekande määrab teadaolev sõltuvus:

Kus m J on koefitsient, mis määratakse, võttes arvesse pinna asendit ja soojusvoo suunda; F J-pindala, m2; Δ t J on pinna ja ümbritseva õhu temperatuuride erinevus, °C; J— pinnatüübi indeks.

Soojuskadu K tJ saab väljendada kui

Kus t n — välisõhu temperatuur, °C; t J – väliste piiravate konstruktsioonide sisepindade temperatuur, °C; R Ja R n - välispiirde soojustakistus ja soojusülekanne, m 2 °C/W.

Saadi soojus- ja massiülekandeprotsesside matemaatiline mudel kiirguskütte ja ventilatsiooni koosmõjul. Lahenduse tulemused võimaldavad meil saada hoonete kiirgusküttesüsteemide projekteerimisel soojusrežiimi peamised omadused erinevatel eesmärkidel, varustatud ventilatsioonisüsteemidega

Kiirgussoojus voolab kiirgusküttesüsteemide emitteritest Wj arvutatakse vastastikuste kiirguspindade kaudu, kasutades emitterite ja ümbritsevate pindade suvalise orientatsiooni meetodit:

Kus Koos 0 on absoluutselt musta keha kiirgusvõime, W/(m 2 K 4); ε IJ - soojusvahetuses osalevate pindade vähendatud emissiooniaste I Ja J; H IJ - pindade vastastikune kiirgusala I Ja J, m 2; T mina- keskmine temperatuur kiirgav pind, mis määratakse emitteri soojusbilansi järgi, K; T J on soojust vastuvõtva pinna temperatuur, K.

Asendades avaldiste soojusvoogude ja õhuvoolukiiruste kohta jugades, saame võrrandisüsteemi, mis on ligikaudne matemaatiline mudel soojus- ja massiülekandeprotsessidest kiirguskuumutamisel. Süsteemi lahendamiseks saab kasutada standardseid arvutiprogramme.

Saadud on soojus- ja massiülekandeprotsesside matemaatiline mudel kiirguskütte ja ventilatsiooni koosmõjul. Lahenduse tulemused võimaldavad saada soojusrežiimi põhiomadused ventilatsioonisüsteemidega varustatud erineva otstarbega hoonete kiirgusküttesüsteemide projekteerimisel.