بررسی تاثیر مکان دریچه ورودی سیستم تهویه بر رفتار ریزگردها داخل اتاق با استفاده از روش شبکه بولتزمن چند زمانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بجنورد

2 دانشگاه بجنورد

3 دانشگاه کلارکسون

چکیده

در این مقاله از روش عددی شبکه بولتزمن بر پایه مدل زمان آرامش چند گانه برای بررسی تاثیر مکان دریچه ورودی هوا بر رفتار ریزگردها داخل ساختمان استفاده شده است. هندسه مورد بررسی در این مقاله اتاقی با نسبت 1/0 یک اتاق واقعی با ابعاد 914/0×457/0×305/0 متر انتخاب شده و دو موقعیت مختلف (سقف و کف) برای دریچه ورودی هوا با ابعاد 101/0×101/0 متر در نظر گرفته شده است. از آنجاییکه جریان داخل اتاق مغشوش است از مدل حل ادی‌های بزرگ همراه مدل استاندارد اسماگورنسکی استفاده شده است.  همچنین ذرات با ابعاد 1 و 10 میکرومتر برای بررسی نحوه انتشار و ته نشینی بر روی دیواره‌های اتاق انتخاب گردیده است. تعداد ذرات ته نشین شده و همچنین خارج شده از اتاق برای ذرات با اندازه های مختلف نشان داد، هنگامی که دریچه در کف اتاق قرار دارد خروجی ذرات با سایز بزرگ (10 میکرومتر) نسبت به حالتی که دریچه در سقف قرار دارد بیشتر است و از لحاظ کیفیت، هوای داخل اتاق مناسب‌تر خواهد بود. اما برای ذرات با سایز کوچک (1 میکرومتر) تفاوت چندانی در خروجی ذرات مشاهده نشد. نتایج نشان داد که نیروی گرانش تاثیر زیادی در ته نشینی ذرات روی کف اتاق دارد به طوری که برای حالت دریچه ورودی هوا در سقف، میزان ته نشینی ذرات با اندازه 10 میکرومتر بر روی کف بسیار بیشتر (حدود 100 برابر) از ذرات با اندازه کوچک (1 میکرومتر) است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effect of Ventilation System Inlet Location on Particle Motion in a Room Using Multi Relaxation Time-Lattice Boltzmann Method

نویسندگان [English]

  • Hasan Sajjadi 1
  • Amin Amiri Delouei 2
  • Goodarz Ahmadi 3
1 Department of Mechanical Engineering, University of Bojnord
2 Department of Mechanical Engineering
3 Clarkson University
چکیده [English]

In this work multi-relaxation time lattice Boltzmann method is used to investigate the effect of the inlet air location on particle motion in a room. The scaled modeled room is one-tenth scale of a full-size room with dimensions of 0.914 m × 0.305 m × 0.457 m.  For an inlet air with dimension of 0.101 m×0.101 m, two locations (ceiling and floor) are studied.  The large Eddy simulation with the standard Smagorinsky model is utilized to simulate the turbulent indoor airflow. Particles with 1 and 10 micrometer sizes are selected for investigation of particle dispersion and deposition in the room. The simulation results for number of deposited particles and those exiting the room show that when the inlet air is on the floor, the number of larger 10 µm particles leaving through the exhaust register is more than the case for inlet on the ceiling. For smaller 1 µm particles, however, no significant difference between the floor and ceiling inlet air for particles leaving the room thought the exhaust register was seen.  The present results also show that the gravity significantly affects the particle deposition, and the number of deposited 10 µm particles on the floor are about 100 times that of the deposited 1 µm particles when the inlet air is at ceiling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lattice Boltzmann method
  • Multi relaxation time
  • Particle deposition and dispersion
  • Large Eddy simulation

مراجع

[1].    M. C.  Sukop and D. T. Thorne Jr, Lattice Boltzmann Modeling: An Introduction for Geoscientists and Engineers. Springer, Heidelberg, Berlin, New York (2006).
[2].    S. Succi, The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond. Oxford University Press: Oxford (2001).
[3].    H. Sajjadi, A.A. Delouei, Investigation of 3 Dimensional Nano fluid Natural Convection in Presence of Magnetic Field using Double Multi Relaxation Time Lattice Boltzmann Method, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 51 (2019) 1-14.
[4].     M. Han, R. Ooka, H. Kikumoto, Lattice Boltzmann method-based large-eddy simulation of indoor isothermal airflow, International Journal of Heat and Mass Transfer, 130  (2019) 700-709.
[5].    H. Sajjadi, A. A. Delouei, M. Izadi, R. Mohebbi, Investigation of MHD natural convection in a porous media by double MRT lattice Boltzmann method utilizing MWCNT–Fe3O4/water hybrid nanofluid, International Journal of Heat and Mass Transfer, 132 (2019) 1087–1104.
[6].    H. Sajjadi, A. Amiri Delouei, M. Atashafrooz, M. Sheikholeslami, Double MRT Lattice Boltzmann simulation of 3-D MHD natural convection in a cubic cavity with sinusoidal temperature distribution utilizing nanofluid, International Journal of Heat and Mass Transfer, 126  (2018) 489–503.
[7].    H. Sajjadi, M. Salmanzadeh, G. Ahmadi, S. Jafari, Turbulent Indoor Airflow Simulation Using Hybrid LES/RANS Model Utilizing Lattice Boltzmann Method, Computers and fluids, 150 (2017) 66-73.
[8].    I.V. Miroshnichenko, A. Sheremet, Turbulent natural convection heat transfer in rectangular enclosures using experimental and numerical approaches: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82 (2018) 40-59.
[9].    E. M. Smirnov, A. M. Levchenya, V. D. Zhukovskaya, RANS-based numerical simulation of the turbulent free convection vertical-plate boundary layer disturbed by a normal-to-plate circular cylinder, International Journal of Heat and Mass Transfer, 144 (2019) 118573.
[10].    D. C. Wilcox. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, Inc., La Canada, California (1998).
[11].    P. Zhao, C. Wang, Z. Ge, J. Zhu, J. Liu, M. Ye, DNS of turbulent mixed convection over a vertical backward-facing step for lead-bismuth eutectic, International Journal of Heat and Mass Transfer, 127 (2018) 1215-1229.
[12].    H. Kim, A. Dehbi, J. Kalilainen, Measurements and LES computations of a turbulent particle-laden flow inside a cubical differentially heated cavity, Atmospheric Environment, 186 (2018) 216-228.
[13].    T.H. Hsu, P.T. Hsu, S.P. How, Mixed convection in a partially divided rectangular enclosure, Numerical Heat Transfer Part A, 31 (1997) 655–683.
[14].    F.J. Rey, E. Velasco, Experimental study of indoor air quality, energy saving and analysis of ventilation norms in acclimatised areas, Energy and Buildings 33 (2000)  57–67.
[15].    J.B. Jiang, X.L. Wang, Y.Z. Sun, Y.H. Zhang, Experimental and numerical study of airflows in a full-scale room, ASHRAE Transactions 115(2) (2009) 867–886.
[16].    Q. Chen, K. Lee, K. Mazumdar, S. Poussou, L. Wang, M. Wang, Zhang Z., Ventilation performance prediction for buildings: Model assessment, Building and Environment 45(2) (2010) 295–303.
[17].    M. Krafczyk, J. Tölke, L.S. Luo, Large eddy simulation with a multiple-relaxationtime LBE model. International Journal of Modern Physics B 17(1&2)  (2003) 33-39.
[18].     S. Jafari and M. Rahnama, Shear-improved Smagorinsky modeling of turbulent channel flow using generalized Lattice Boltzmann equation. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 67 (2011) 700–712.
[19].    N. B. Wood, A simple method for the calculation of turbulent deposition to smooth and rough surfaces. Journal of Aerosol Science 12 (1981) 275–290.
[20].    P. G.  Papavergos, A. B. Hedley, Particle deposition behaviour from turbulence flows. Chemical Engineering Research and Design 62 (1984) 275–295.
[21].    H. G. Zhang, G. Ahmadi, Aerosol particle transport and deposition in vertical and horizontal turbulent duct flows, Journal of Fluid Mechanics 406 (2000) 55–80.
[22].    M. Salmanzadeh, M. Rahnama, G. Ahmadi, Effect of subgrid scales on large eddy simulation of particle deposition in a turbulent channel flow. Journal of Aerosol Science and Technology 44 (2010) 796–806.
[23].    L. Tian, G. Ahmadi, Particle deposition in turbulent duct flows—comparisons of different model predictions. Journal of Aerosol Science, 38 (2007) 377 – 397.
[24].    S. Jafari, M. Salmanzadeh, M. Rahnama, G. Ahmadi, Investigation of particle dispersion and deposition in a channel with a square cylinder obstruction using the lattice Boltzmann method, Journal of Aerosol Science 41(2) (2010) 198–206.
[25].    L. Ding, J.L.S. Fung, S. Seepana, A.C.K. Lai, Numerical study on particle dispersion and deposition in a scaled ventilated chamber using a lattice Boltzmann method, Journal of Aerosol Science 47 (2012) 1–11.
[26].    M. Samari Kermani, S. Jafari, M. Rahnama, M. Salmanzadeh, Particle Tracking in Large Eddy Simulated Turbulent Channel Flow Using Generalized Lattice Boltzmann Method, Particulate Science and Technology 32 (2014) 404–411.
[27].    H. Sajjadi, M. Salmanzadeh, G. Ahmadi, S. Jafari, Investigation of particle deposition and dispersion using Hybrid LES/RANS model based on Lattice Boltzmann method, Scientia Iranica 25 (2018) 3173-3182.
[28].    A .Kohestani, M. Rahnama, S. Jafari, E. Jahanshahi Javaran, Non-circular particle treatment in smoothed profile method: a case study of elliptical particles sedimentation using lattice Boltzmann method, Journal of Dispersion Science and Technology, published online.
[29].    D. d’Humieres, I. Ginzburg, M. Krafczyk, P. Lallemand, L.S.Luo, Multiple-relaxation-time lattice Boltzmann models in three-dimensions, Philosophical Transactiona A 360 (2002) 437–451.
[30].    A. Li, G. Ahmadi, Dispersion and deposition of spherical particles form point sources in a turbulent channel flow. Aerosol Science and Technology 16 (1992) 209–226.
[31].    J.D. Posner, C.R. Buchanan, D. Dunn-Rankin, Measurement and prediction of indoor air flow in a model room. Energy and Buildings 35 (2003) 515–526.
[32].    Z.F. Tian, J.Y. Tu, G.H. Yeoh, R.K.K. Yuen, On the numerical study of contaminant particle concentration in indoor air flow. Building and Environment 41 (2006) 1504–1514.
 
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 53، شماره 3
خرداد 1400
صفحه 1457-1468

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار