مدلسازی یک سیستم تهویه جابجایی

به طور کلی، دو نوع مختلف سیستم تهویه وجود دارد: تهویه مخلوط و تهویه جابجایی . تهویه جابه‌جایی در فضاهای بزرگ با سقف‌های بلند (حداقل سه متر ارتفاع) استفاده می‌شود و بنابراین عمدتاً در ساختمان‌های اداری، مدارس و سایر فضاهای عمومی یافت می‌شود. این سقف های بالاتر امکان جریان های همرفتی رو به بالا را فراهم می کند که آلاینده های هوا را از بین می برد و در نتیجه کیفیت هوا را بهبود می بخشد. این پست شبیه سازی یک سیستم تهویه جابجایی را برای تعیین دما و سرعت هوا در یک اتاق بررسی می کند.

مخلوط تهویه و تهویه جابجایی

چند تفاوت بین سیستم های تهویه مخلوط و جابجایی وجود دارد. در سیستم‌های تهویه اختلاط که بیشتر در خانه‌های شخصی و فضاهای کوچک‌تر رایج است، هوای خنک از طریق دیوار یا سقف دمیده می‌شود و سپس با هوای اتاق مخلوط می‌شود تا دمای یکنواخت و توزیع آلاینده‌ها در کل فضا ایجاد شود. از سوی دیگر، سیستم‌های تهویه جابه‌جایی، هوای تمیز را از طریق دریچه‌ای در سطح کف به داخل اتاق می‌برند. این سیستم‌های تهویه از تفاوت‌های دمایی عمودی برای خروج آلاینده‌ها از طریق یک منطقه خروجی در ارتفاع سقف و توزیع مجدد هوا در داخل اتاق استفاده می‌کنند، فرآیندی که می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در انرژی شود. یکی از اشکالات سیستم های جابجایی این واقعیت است که این سیستم می تواند باعث کشش و لایه بندی حرارتی شود. بین این دو ویژگی یک معامله وجود دارد. افزایش سرعت جریان به کاهش گرادیان دمای عمودی کمک می کند، اما همچنین می تواند خطر زهکشی را افزایش دهد. این مبادله ذاتی در کتابی به نام بررسی شده استرهنمودهای ارزیابی عملکرد و طراحی سیستم برای تهویه جابجایی توسط کیو چن و ال. گلیکسمن.

در گالری مدل، مدل تهویه جابجایی هوا در اتاق نگاهی به جریان هوا و دمای درون چنین سیستم تهویه جابه‌جایی ارائه می‌دهد. در مدل، یک اتاق 2.5 در 3.6 در 3.0 متر شبیه سازی شده است. در امتداد پایه هندسه یک جت هوای گرم به داخل اتاق پمپ می شود. هوای تازه خنک تری از طریق یک ورودی در امتداد کف اتاق وارد اتاق می شود. یک کانال اگزوز در سقف قرار دارد. هندسه مدل را می توان در زیر مشاهده کرد، جایی که تقارن اجازه می دهد تا نیمی از مدل شبیه سازی شود:

جابجایی_تهویه

^{در این هندسه، هوای گرم 45 درجه سانتی گراد با دبی حجمی آهسته 0.028 متر مکعب} بر ثانیه وارد اتاق می شود . هوای خنک، در دمای 21 درجه سانتیگراد، با سرعت 0.05 متر ^مکعب بر ثانیه به داخل اتاق جریان می یابد. از این داده‌ها، می‌توانیم تعیین کنیم که آیا همرفت اجباری یا جابجایی طبیعی گرما در داخل محفظه رخ می‌دهد، و اینکه آیا جریان متلاطم است یا آرام. جابجایی اجباری گرما رخ می دهد اگر:

جایی کهجاذبه است،ضریب انبساط حرارتی است،دما است،سرعت، وطول. با استفاده از شکل های مشخصه ها، می توانیم نوع همرفتی را که در سیستم اتفاق می افتد، تعیین کنیم. می‌توانیم فرض کنیم که هوا را می‌توان به عنوان یک گاز ایده‌آل تقریبی کرد که در آن صورت= 1/T،می توان آن را 1 متر بر ثانیه، اختلاف دما را 20 کلوین و طول را 2 متر تخمین زد. این مقدار 1.3 را به ما می دهد و نشان می دهد که همرفت درون سیستم همرفت طبیعی است.

با دانستن اینکه همرفت درون سیستم همرفت طبیعی است، می‌توانیم از عدد گراشوف برای تعیین ماهیت آشفته میدان جریان استفاده کنیم:

با استفاده از همان ارقام قبلی، این مقدار 2 x 10 ¹⁰ را به ما می دهد ، که نشان می دهد جریان درون سیستم آشفته است.

تجزیه و تحلیل جریان سیال و دما

شکل زیر در سمت چپ نمودار ساده دمای درون سیستم را نشان می‌دهد، در حالی که شکل زیر سمت راست سطوح هم‌سطح میدان دما را نشان می‌دهد:

خطوط جریان میدان سرعت را نشان می دهند در حالی که رنگ آنها توزیع دما را نشان می دهد. برای بزرگنمایی کلیک کنید.

سطوح ایزوسطح دما برای بزرگنمایی کلیک کنید.

در این نمودارها، می‌توانیم ببینیم که لایه‌بندی حرارتی قوی در امتداد محور عمودی در z≈1m و به دنبال آن یک الگوی چرخش پیچیده وجود دارد. از نقطه نظر کیفی، این مدل حضور هر دو پیش نویس و لایه بندی حرارتی را نشان می دهد، پدیده هایی که اغلب در چنین سیستمی رخ می دهند و برهم کنش دارند. به منظور بررسی امکان کاهش لایه بندی حرارتی و پیش نویس ها بدون به خطر انداختن قدرت جریان های همرفتی رو به بالا که آلاینده های هوا را حذف می کنند، باید تحلیل بیشتری روی مدل انجام شود. هندسه ها و شرایط مرزی مختلف باید برای کاهش پیش نویس ها آزمایش شوند، مانند استفاده از سقف های سرد تابشی ، که می توان با کمک شبیه سازی قبل از استقرار طرح نهایی کاوش کرد.