Matematyczne modelowanie rozprowadzania powietrza za pomocą nawiewników liniowych

Efektywność pracy człowieka zależy w dużej mierze od tego, czy parametry sanitarno-higieniczne mikroklimatu wewnętrznego odpowiadają potrzebom fizjologicznym pracowników w danym pomieszczeniu lub budynku i charakterowi ich pracy [1, 2]. Przy projektowaniu systemów wentylacji i klimatyzacji dla pomieszczeń o różnym przeznaczeniu głównym zadaniem jest stworzenie pracownikom komfortowych warunków. Jednym z ważnych zadań wentylacji pomieszczeń jest stworzenie efektywnej organizacji wymiany powietrza, a w szczególności jego rozprowadzania [3]. Jednocześnie w obszarze roboczym konieczne jest zapewnienie zarówno znormalizowanej prędkości powietrza [4], jak i znormalizowanej temperatury [5, 6]. Wartości te zostały określone w odniesieniu do pomieszczeń różnego typu, a ich nieprzestrzeganie może spowodować pogorszenie stanu zdrowia ludzi i wpłynąć na eksploatację urządzeń [7].

W przypadku pomieszczeń o małej kubaturze i wysokości trudno zapewnić doprowadzenie dużej ilości powietrza przy jednoczesnym zachowaniu jego niskiej prędkości w miejscu pracy [8]. Służą do tego urządzenia o odpowiednio dużej (wystarczającej) powierzchni rozprowadzania powietrza, małej prędkości początkowej i niskim współczynniku tłumienia.

Analiza danych literaturowych i nakreślenie problemu

Od wydajności pracy i stosowanych technologii produkcji zależy mikroklimat w pomieszczeniach produkcyjnych. Wiadomo, że zmienny tryb dopływu powietrza ma pozytywny wpływ na samopoczucie człowieka i efektywność jego pracy [9]. W zakładach produkcyjnych do tworzenia mikroklimatu wewnętrznego i utrzymania dobrego stanu zdrowia oraz zmniejszenia zmęczenia pracowników, zwłaszcza przy monotonnym charakterze pracy, wykorzystuje się urządzenia regulacyjne służące do zmiany parametrów higienicznych, np. temperatury lub wydajności wymian powietrza, czyli tworzenia zmiennego mikroklimatu wewnętrznego.

Uwzględniono różne schematy wentylacji w pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu oraz efektywności rozprowadzania powietrza. Analiza wymiany powietrza w małych pomieszczeniach wykazała, że jest to zadanie trudne. Przy wyborze sposobu doprowadzenia powietrza nawiewanego należy wziąć pod uwagę wymiary i kubaturę pomieszczenia, lokalizację urządzeń, źródła ciepła i zanieczyszczeń powietrza oraz lokalizację stanowisk pracy, a także możliwość ustawienia dysz nawiewnych w różnych kierunkach.

Nierozwiązana pozostaje jednak kwestia nawiewu powietrza w małych obiektach i pomieszczeniach przemysłowych oraz możliwości montażu urządzeń nawiewnych i ich konfiguracji na ograniczonej powierzchni. Jednym ze sposobów zwiększenia turbulencji jest zastosowanie nawiewników liniowych, jednak ich montaż zwiększa zasięg strumienia, co jest niepożądane w przypadku małych pomieszczeń i przestrzeni.

Opracowanie modelu matematycznego nawiewników liniowych pracujących ze zmienną wydajnością w małych pomieszczeniach produkcyjnych możliwe jest jedynie dzięki symulacji przepływu powietrza przy użyciu CFD FLUENT (Ansys FLUENT), gdyż jest to jedyny sposób uwzględnienia czynnika czasu w trybie zmiennym.

Cel badania

Celem badania było stworzenie modelu matematycznego nawiewników liniowych w warunkach małokubaturowych pomieszczeń produkcyjnych. Aby go osiągnąć, należało wykonać następujące działania: przeanalizować istniejące metody obliczania strumieni powietrza oraz wykonać symulację numeryczną nawiewników liniowych.

Literatura

1. Kapalo P., Vilcekova S., Domnita F., Voznyak O., Determine a methodology for calculating the needed fresh air, The 9th International Conference „Environmental Engineering”, Vilnius 2014, Lithuania Selected Papers

2. Kapalo P., Vilcekova S., Voznyak O., Using experimental measurements the concentrations of carbon dioxide for determining the intensity of ventilation in the rooms, „Chemical Engineering Transactions”, 2014, Vol. 39, p. 1789–1794

3. Dovhaliuk V., Mileikovskyi V., New approach for refined efficiency estimation of air exchange organization, „International Journal of Engineering and Technology (UAE)”, 2018, 7(3.2), p. 591–596, DOI:10.14419/ijet.v7i3.2.14596

4. Tkachenko T., Mileikovskyi V., Increasing indoor air quality by a natural sanitizing interior, The 1st JESSD Symposium: International Symposium of Earth, Energy, Environmental Science and Sustainable Development, 2020, 02015, 211, 1–8, DOI:10.1051/e3sconf/202021102015

5. Basok B., Davydenko B., Farenuyk G., Goncharuk S., Computational Modeling of the Temperature Regime in a Room with a Two-Panel Radiator, „Journal of Engineering Physics and Thermophysics”, 2014, 87(6), p. 1433–1437, DOI:10.1007/s10891-014-1147-5

6. Bilous I., Deshko V., Sukhodub I., Building inside air temperature parametric study, „Magazine of Civil Engineering”, 2016, 68(8), p. 65–75, DOI:10.5862/MCE.68.7

7. Lis A., The research on microclimate and thermal comfort in nursery school buildings, „Archives of Civil Engineering”, 2002, 48(3)

8. Voznyak O., Spodyniuk N., Yurkevych Yu., Sukholova I., Dovbush O., Enhancing efficiency of air distribution by swirled-compact air jets in the mine using the heat utilizators, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2020, 5(179), p. 89–94, DOI:10.33271/nvngu/2020-5/089

9. Kapalo P., Spodyniuk N., Effect of the variable air volume on Energy consumption – Case study, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering”, 2018, 415(1.012027), DOI:10.1088/1757-899X/415/1/012027

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!