Page 15 - RI 1-2/2019 demo

PO WIETRZE

wentylacji strumieniowej trafia następnie Prędkość składowa w osi X swobodnego Metoda numeryczna CFD
do analizy CFD, gdzie jest weryfikowana ze strumienia okrągłego:
znacznie większą dokładnością. x Charakterystyka metody CFD
υ = υ ⋅ 0 (4) oraz oprogramowania FDS 6.5.3
x
0
Metoda analityczna x i FDS 5.5.3
W warunkach, które autorzy uznali za miaro- Prędkość składowa równoległa do osi X Obliczenia numeryczne mechaniki płynów
dajne na potrzeby artykułu, przeprowadzono w odległości r od osi X: wykonano za pomocą programu Fire Dynamics
obliczenia analityczne oraz analizy CFD wybra- Simulator (FDS) w wersji 6.5.3 [6], którego
nych wentylatorów strumieniowych o śred- υ = υ e⋅ − ( 2 / rmx) 2 (5) twórcą jest National Institute of Standard
r
x
nicy d 0,355 m. Zasada działania wentylatora and Technology NIST U.S. Department of
strumieniowego polega na tym, że wyrzuca gdzie: Commerce, przy współpracy VTT Technical
on strugę powietrza z dużą prędkością, zwykle u(x,r) – profil prędkości; Research Centre of Finland Ltd. [6].
pomiędzy 14 a 24 m/s, a powietrze to dzięki x – odległość od otworu wylotowego w osi W inżynierii bezpieczeństwa pożarowego
swojej lepkości kinematycznej oddziałuje na przewodu; szerokie zastosowanie znalazły obliczenia
cząsteczki powietrza w przestrzeni garażu r – odległość od osi przewodu wylotowego; numeryczne komputerowej mechaniki płynów
po stronie tłocznej wentylatora, czyli siłami x 0 – długość jądra strumienia, 2,09 m; (ang. Computational Fluid Dynamics – CFD).
tarcia wprawia je w ruch w tę samą stronę, u o – prędkość w otworze wylotowym, 20,115 Program FDS jest obecnie najczęściej stoso-
w którą dmucha wentylator, wywołując w ten m/s; wany w tym zakresie i stworzony do obliczeń
sposób zjawisko indukcji. Dzięki temu zjawisku u x – prędkość w osi przewodu wylotowego mechaniki płynów w wentylacji pożarowej. Do
wentylator strumieniowy o wydajności np. w odległości od otworu wylotowego; analiz przeprowadzonych w FDS 6.5.3 przyjęto
7000 m /h potrafi wywołać przepływ ponad r 0 – promień otworu wylotowego, 0,1775 m; następujące założenia:
3
45 000 m /h po stronie nawiewnej, w odle- d – średnica otworu wylotowego, 0,355 m; „ ciśnienie atmosferyczne: 1013,25 hPa;
3
głości 15–25 m od otworu wylotowego, tyle k – stała, 0,09; „ temperatura otoczenia: 20°C, wilgotność
że ze znacznie mniejszą prędkością. Wszyst- k o – stała, 5,41; względna: 50%;
kie te wartości zależą oczywiście ściśle od α – kąt rozszerzenia strumienia izotermicz- „ podstawowe materiały użyte do budowy
samego wentylatora, ale także od miejsca nego, 24°; modelu: żelbet, stal;
jego montażu względem ścian, belek itp. Aby m – współczynnik mieszania w zakresie od „ metoda obliczeniowa: Large Eddy Simula-
móc przewidzieć, czy największa indukcja 0,15 do 0,25, przyjęto 0,17; tion (LES), metoda wielkich wirów;
powstanie w odległości 15 czy 25 m od wylotu e – podstawa logarytmu naturalnego, 2,718. „ model turbulencji: model Deardorffa;
wentylatora, przeprowadzono kilka analiz. Na rys. 2 pokazano, jak na skutek lepko- „ siatka obliczeniowa: 0,075×0,075×0,075 m
ści kinematycznej następuje wyhamowanie dla modelu 1, co dało 6 272 000 komórek,
Parametry i wzory opisujące prędkości powietrza pomiędzy 3 a 8 metrem oraz 0,15×0,15×0,15 m dla modelu 2, co
analityczny rozkład prędkości od wylotu wentylatora [1, 2]. Załamanie dało 784 000 komórek.
w strudze swobodnej oraz krzywe to wskazuje na obszar największej indukcji Wykonano modele o wymiarach: szerokość
profilu prędkości w strudze powietrza [3]. 21 m, wysokość 3 m i długość 42 m (rys. 4).
swobodnej (izotachy) Na rys. 3 widoczny jest rozkład prędkości Obudowę modeli w całości stanowi żelbet,
W celu dokonania przeglądu dostępnej wiedzy powietrza w zależności od odległości od osi z wyjątkiem ścian 21×3 m, które stanowią wlot
wykonano obliczenia analityczne zależności przewodu wylotowego. i wylot swobodny dla przepływu wywołanego
między prędkością w osi przewodu wyloto-
wego i odległością od otworu wylotowego.
Prędkość w osi strugi swobodnej, czyli profil
prędkości w osi otworu wylotowego, obliczono
na podstawie wzoru [2]:

 1 r  2  1 r  2
−   k υ 2 r −  
ux r, ( ) = υ x  2 kx = o o o e  2 kx (1)
x x
Wykonano również obliczenia analityczne
pól prędkości w odległości r od osi prze-
wodu wylotowego do odległości od otworu
wylotowego [1]. Długość rdzenia okrągłego
strumienia swobodnego:
r 2 d
x = o = (2)
0 m m
Okrągły strumień swobodny:
υ x = x 0 = r 2 o
υ x m (3) Rys. 2. Zależność prędkości w osi strugi swobodnej i odległości od otworu wylotowego wg [1 i 2]
0

20 styczeń/luty 2019 rynekinstalacyjny.pl