Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2019 

Analiza poprawności odwzorowania wypływu strugi swobodnej izotermicznej z wentylatora strumieniowego

Analysis of the correctness projection of jet fan free isothermal airstream
Wentylatory strumieniowe
Wentylatory strumieniowe
fot. archiwum redakcji

Wentylatory strumieniowe indukują bardzo dużą ilość powietrza, zależną od ich lokalizacji w danej przestrzeni. Zbyt duża liczba wentylatorów strumieniowych w stosunku do wydajności punktu wyciągowego może spowodować w tym punkcie powstanie nadciśnienia i przepływ dymu do miejsc o niższym ciśnieniu, nawet pod punkt nawiewny. Tym samym może dojść do pełnego zadymienia przestrzeni garażu. Dlatego bardzo ważna jest poprawna analiza numeryczna i modelowanie strug swobodnych wentylatorów strumieniowych zastosowanych w danym projekcie.

W artykule:

• Metoda analityczna
• Metoda numesyczna CFD
• Rezultaty i dyskusja wyników

Praktyka zawodowa ostatnich lat pokazała, że praktycznie dla każdego projektu wentylacji strumieniowej garażu w Polsce wykonywana jest komputerowa analiza numerycznej mechaniki płynów CFD. Jednym z głównych kryteriów możliwości przełożenia wyników analiz CFD na warunki rzeczywiste jest poprawne zamodelowanie strug swobodnych wentylatorów strumieniowych zastosowanych w danym projekcie. W wentylacji strumieniowej garaży kształt strugi nawiewanej przez wentylatory ma bardzo istotny wpływ na działanie instalacji.

Instalacja oddymiająca strumieniowa w odróżnieniu od wentylacji kanałowej doprowadza (w dużym uproszczeniu) do podziału przestrzeni garażu w pionie na część zadymioną i część wolną od dymu – rys. 1. Wentylacja oddymiająca kanałowa natomiast utrzymuje dym pod stropem, doprowadzając do podziału w poziomie na część zadymioną i wolną od dymu.

Czytaj też: Sprawna wentylacja i odzysk ciepła oraz chłodu >>

Aby uzyskać podział w pionie (oczywiście w przybliżeniu), konieczna jest znajomość parametrów wentylatorów, które do tego doprowadzają, łącznie z indukcją powietrza, jaką te urządzenia wywołują. Jest to o tyle istotne, że indukcja powietrza powodowana wysoką prędkością wylotową wentylatora strumieniowego jest w stanie poruszyć znaczną masę powietrza pomimo niskiej wydajności samego wentylatora. Strumień masy powietrza w przestrzeni garażu poruszony za pomocą wentylatorów strumieniowych, który jest następnie odbierany przez punkty wyciągowe systemu wentylacji strumieniowej, ma za zadanie utrzymać zadymienie w określonej przestrzeni garażu. Żeby poprawnie doprowadzić do takiego ukształtowania przepływów, które utrzymają dym w strefie dymowej, konieczna jest przynajmniej znajomość izotach konkretnych prędkości. 

Kształt pola prędkości strugi wylotowej uzyskiwany z wentylatora strumieniowego, o wartości np. 2 lub 1 m/s, niejednokrotnie w praktyce stanowi podstawę projektową do rozmieszczenia wentylatorów strumieniowych w przestrzeni garażu. Przy braku istotnych danych, bardzo trudnych do uzyskania, projektanci często posługują się wartościami podstawowymi, jak np. zasięg strugi, po którym prędkość zaindukowanego powietrza zmaleje poniżej wspomnianych wcześniej wartości 2 lub 1 m/s. Stworzona na podstawie konkretnych izotach czy właśnie zasięgu strugi swobodnej wentylatora koncepcja systemu wentylacji strumieniowej trafia następnie do analizy CFD, gdzie jest weryfikowana ze znacznie większą dokładnością.

Podstawowa różnica pomiędzy wentylacją strumieniową i kanałową
Rys. 1. Podstawowa różnica pomiędzy wentylacją strumieniową i kanałową

Metoda analityczna

W warunkach, które autorzy uznali za miarodajne na potrzeby artykułu, przeprowadzono obliczenia analityczne oraz analizy CFD wybranych wentylatorów strumieniowych o średnicy d 0,355 m. Zasada działania wentylatora strumieniowego polega na tym, że wyrzuca on strugę powietrza z dużą prędkością, zwykle pomiędzy 14 a 24 m/s, a powietrze to dzięki swojej lepkości kinematycznej oddziałuje na cząsteczki powietrza w przestrzeni garażu po stronie tłocznej wentylatora, czyli siłami tarcia wprawia je w ruch w tę samą stronę, w którą dmucha wentylator, wywołując w ten sposób zjawisko indukcji. Dzięki temu zjawisku wentylator strumieniowy o wydajności np. 7000 m3/h potrafi wywołać przepływ ponad 45 000 m3/h po stronie nawiewnej, w odległości 15–25 m od otworu wylotowego, tyle że ze znacznie mniejszą prędkością. Wszystkie te wartości zależą oczywiście ściśle od samego wentylatora, ale także od miejsca jego montażu względem ścian, belek itp. Aby móc przewidzieć, czy największa indukcja powstanie w odległości 15 czy 25 m od wylotu wentylatora, przeprowadzono kilka analiz.

Parametry i wzory opisujące analityczny rozkład prędkości w strudze swobodnej oraz krzywe profilu prędkości w strudze swobodnej (izotachy)

W celu dokonania przeglądu dostępnej wiedzy wykonano obliczenia analityczne zależności między prędkością w osi przewodu wylotowego i odległością od otworu wylotowego. Prędkość w osi strugi swobodnej, czyli profil prędkości w osi otworu wylotowego, obliczono na podstawie wzoru [2]: 
(1)
Wykonano również obliczenia analityczne pól prędkości w odległości r od osi przewodu wylotowego do odległości od otworu wylotowego [1]. Długość rdzenia okrągłego strumienia swobodnego:

(2)

Okrągły strumień swobodny:

(3)

Prędkość składowa w osi X swobodnego strumienia okrągłego:

(4)

Prędkość składowa równoległa do osi X w odległości r od osi X:

(5)

gdzie:

u(x,r) – profil prędkości;
x – odległość od otworu wylotowego w osi przewodu; r – odległość od osi przewodu wylotowego;
x0 – długość jądra strumienia, 2,09 m;
υo – prędkość w otworze wylotowym, 20,115 m/s;
υx – prędkość w osi przewodu wylotowego w odległości od otworu wylotowego;
r0 – promień otworu wylotowego, 0,1775 m;
d – średnica otworu wylotowego, 0,355 m;
k – stała, 0,09;
ko – stała, 5,41;
α – kąt rozszerzenia strumienia izotermicznego, 24°;
m – współczynnik mieszania w zakresie od 0,15 do 0,25, przyjęto 0,17;
e – podstawa logarytmu naturalnego, 2,718. 

Na rys. 2 pokazano, jak na skutek lepkości kinematycznej następuje wyhamowanie prędkości powietrza pomiędzy 3 a 8 metrem od wylotu wentylatora [1, 2].

Zależność prędkości w osi strugi swobodnej i odległości od otworu wylotowego
Rys. 2. Zależność prędkości w osi strugi swobodnej i odległości od otworu wylotowego wg [1 i 2]

Załamanie to wskazuje na obszar największej indukcji powietrza [3].

Prędkość powietrza poza osią okrągłego strumienia swobodnego
Rys. 3. Prędkość powietrza poza osią okrągłego strumienia swobodnego w odległości r [m] od osi przewodu wylotowego [1] (profil prędkości)

Na rys. 3 widoczny jest rozkład prędkości powietrza w zależności od odległości od osi przewodu wylotowego.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[wentylatory strumieniowe, wentylatory, wentylacja, strugi swobodne, wentylacja pożarowa, wentylacja kanałowa]

   14.02.2019
mgr inż.  Tomasz Burdzy
mgr inż.  Tomasz Burdzy
Instytut Techniki Budowlanej, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Tomasz Burdzy (ur. 27 stycznia 1984 r.); Absolwent Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii na Akademii G... więcej »
dr hab. inż.  Marek Borowski
dr hab. inż.  Marek Borowski
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie więcej »

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Co zmieniła unijna strategia na rzecz tworzyw sztucznych »

tworzywa sztuczne

 



Poznaj nowe zastosowanie pomp w pralniach przemysłowych »

Skorzystaj z najtańszego programu do sporządzania świadectw energetycznych budynku »
wentylacja klatki schodwej program do rozliczeń
jestem na bieżąco »  korzystam z udogodnień »

 


Jak działają i czym różnią się względem siebie zawory sterowane pneumatycznie »

zawory sterowane pneumatycznie

 



Poznaj technikę skutecznego oddymiania klatki schodowej »

Czy są nowe technologie w systemach ogrzewania podłogowego »
wentylacja klatki schodwej ogrzewanie podłogowe
umiem więcej »   wiem więcej »

 


Poznaj najważniejsze cechy użytkowe centrali rekuperacyjnej »

centrale rekuperacyjne

 



Dowiedz się więcej o działaniu sterownika do pompy wodnej » Jak zabezpieczyć kocioł po sezonie grzewczym »
sterownik do pompy wodnej inwentaryzacja kotla grzewczego
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Jak działa nowoczesna studnia wodomierzowa »

studnia wodomierzowa zastosowanie

 



"Less waste" pod kątem instalatora - na co zwrócić uwagę » Na którą pompę ciepła otrzymasz dotację z programu "czyste powietrze"»
grzejnik armatura pompa ciepła
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Jak uzdatnić wodę w instalacji HVAC  »

uzdatnianie wody

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
3/2020

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 3/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Hybrydowa wentylacja pożarowa
  • - Wytwornice wody lodowej
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl