VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В последнее время в офисных и торговых помещениях часто применяют легкие перегородки, предназначенные для создания отдельного рабочего пространства в большом помещении. Использование перегородок существенно изменяет распределение воздуха в помещении. Исследование влияния перегородок на воздушные потоки является актуальной задачей вентиляции.

В данной работе методы численного моделирования процессов газовой динамики использованы для исследования воздушных потоков помещений с перегородками.

Рассмотрим уравнения двухмерной стационарной модели движения воздушных потоков в помещении [1, 2, 4].

Уравнение неразрывности:

, (1)

где - плотность воздуха, кг/м³;t – время, с; - i– я пространственная координата, м; - i- компонента скорости воздуха, м/с.

Уравнение Навье - Стокса, осредненное по Рейнольдсу:

, (2)

гдеp - давление, Па; - коэффициент диффузии для переменной u, кг/мс;k - кинетическая энергия турбулентности, м²/с²;g – ускорение свободного падения, м/с².

Перенос кинетической энергии турбулентности определяется уравнением:

, (3)

где - скорость диссипации турбулентной энергии, м²/с³.

Скорость диссипации турбулентной энергии определяется уравнением [2]:

, (4)

где - константы модели турбулентности.

, (5)

, (6)

где - турбулентная динамическая вязкость, кг/мс.

, (7)

, (8)

, (9)

где - эмпирический коэффициент; - эффективная динамическая вязкость, кг/мс; - ламинарная динамическая вязкость, кг/мс; - число Шмидта.

Граничные условия формулируются исходя из непроницаемости и равенства нулю скорости на строительных конструкциях.

Для численного решения полученной системы уравнений использовалась неявная конечно - разностная схема расщепления по направлениям и физическим процессам [3] с использованием уравнения переноса внутренней энергии в форме уравнения для давления. Это увеличило вычислительную эффективность численной схемы, а также дало возможность использовать консервативные по массе численные схемы.

Алгоритм численного расчета математической модели реализован в виде программы в среде Microsoft Visual C++ с использованием модулей пакета MatLab.

Полученная программа использована для расчета стационарных воздушных потоков помещения, высотой 5,0 м и длиной 20,0 м (рис. 1).

Помещение частично разделено тремя перегородками. Воздух подается равномерно с одной стороны помещения и удаляется с противоположной стороны со скоростью 0,3 м/с. Высота перегородки в первом случае составляла 2,0 м, во втором - 3,0 м и в третьем - 4,0 м. Расстояние между перегородками составляло 5,0 м.

Результаты расчетов представлены на рис. 2 - 4.

Рис. 1. План помещения, разделенного перегородками

а)	б)
в)

Рис. 2. Направление воздушных потоков в помещении с перегородками, высотой:

а) 2,0 м, скорость воздуха изменяется от 0 до 0,70 м/с ; б) 3,0 м, скорость воздуха изменяется от 0 до 1,19 м/с;

в) 4,0 м, скорость воздуха изменяется от 0 до 2,49 м/с

а)
б)

Рис. 3. Скорость воздушных потоков u_x в сечениях: 1 - 1-1; 2 - 2-2; 3 - 3-3; 4 – 4-4.

высота перегородок: а) 2,0 м; б) 3,0 м

в)

Рис. 3 (окончание). Скорость воздушных потоков u_x в сечениях: 1 - 1-1; 2 - 2-2; 3 - 3-3; 4 – 4-4.

высота перегородок: в) 4,0 м

а)
б)

Рис. 4. Скорость воздушных потоков u_y в сечениях: 1 - 5-5; 2 - 6-6.

Высота перегородок: а) 3,0 м; б) 4,0 м

в)

Рис. 4 (окончание). Скорость воздушных потоков u_y в сечениях: 1 - 5-5; 2 - 6-6.

Высота перегородок: в) 5,0 м

Полученные нами результаты показывают, что изменение высоты перегородок с 2м до 4м ведет к резкому росту скоростей воздуха с 0,6 м/с до 1,8 м/с. Однако высота перегородок слабо влияет на подвижность воздуха в выгороженном пространстве, которая остается практически постоянной и близкой к 0,1 м/с. Это позволяет сделать вывод о возможности использования в помещениях с перегородками систем вентиляции, спроектированных для обслуживания помещения без перегородок.

Библиографический список

1. Исаев С.А. Расчет отрывного обтекания низкоскоростным воздушным потоком профиля с вихревыми ячейками / С.А. Исаев, Ю.С. Пригородов, А.Г. Судаков // ИФЖ. - 1988. - Т. 71. - № 6. С.116-1120.

2. Shih T.H., Liou W.W., Habbir A., and Zhu J., 1995, A new k-  eddy-viscosity model for high Reynolds number turbulent flows - model development and validation, Computers Fluids, 24(3). Р. 227-238.

3. Марчук Г.И. Методы расщепления / Г.И. Марчук. – М.: Наука, 1988. - 256с.

4. Нестационарные процессы формирования системами вентиляции воздушных потоков в помещениях / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов, А.В. Черемисин, К.А. Скляров // Известия ОрелГТУ. Сер. «Строительство. Транспорт».- 2007.- № 3-15(537). - С. 36-39.

References

1. Isaev S.A., Prigorodov Y.S., Sudakov A.G. Calculation of detachable airflow with the profile with vortical cell // IFZH. 1988. V.71, № 6. - P.116-120.

2. Shih T.H., Liou W.W., Habbir A., and Zhu J.A new k-  eddy-viscosity model for high Reynolds number turbulent flows - model development and validation // Computers Fluids, 24(3): P.227-238.

3. Marchuk G.I. The methods of the fission. – M.: Nauka, 1988. – 256 pp.

4. Melkumov V.N., Кuznetsov S.N., Cheremisin A.V., Sklyarov K.A. non-stationary pro-cesses of shaping of airstreams in premises by system of ventilations // Izvestiya ORELGTU. Ser. "Construction. Transport".-2007.- 3-15(537) - P.36-39.

Код для цитирования: Скопировать