شبیه‌سازی دقیق و سریعتر از زمان واقعی جریان هوا در ساختمان با استفاده از دینامیک سیالات سریع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/ دانشگاه تربیت مدرس

2 تربیت مدرس * مهندسی مکانیک

چکیده

یکی از مرسوم‌ترین روش‌های مدلسازی جریان و انرژی در ساختمان، روش چند ناحیه‌ای می‌باشد. مشکل اساسی این روش عدم توانایی در ارائه اطلاعات جزئی و دقیق از خصوصیات جریان هوا در دامنه حل است. برای دستیابی به اطلاعات جزئی‌تر جریان هوا می‌توان از روش‎ دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) استفاده نمود که زمان محاسبات طولانی آن کاربرد این روش را محدود می‌سازد. بنابراین نیاز است از روشی با سرعت محاسبات بالا همراه با توانایی ارائه جزئیات جریان هوا با دقت کافی استفاده نمود. برای این منظور در این پژوهش روش دینامیک سیالات سریع (FFD) که دارای یک الگوریتم حل بدون قید و شرط پایدار می‌باشد ارائه شده است. برای بررسی کارایی روش FFD چهار مسئله نمونه جریان درون حفره، جریان درون کانال، جریان با جابجایی طبیعی و جریان با جابجایی اجباری مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن‌ها با داده‌های آزمایشگاهی و یا نتایج تحلیلی و همچنین نتایج CFD مقایسه و صحه‌گذاری شده است. تمرکز اصلی این پژوهش، افزایش سرعت الگوریتم حل به روش FFD می‌باشد. برای این منظور زنجیره حل معادلات اصلاح شده و از روش عددی مناسب برای حل معادلات استفاده شده است. زمان شبیه‌سازی مسائل فوق با بکارگیری حلگر FFD ارائه شده، بین 52 تا 94 درصد نسبت به روش CFD کاهش یافته است و شبیه‌سازی آن‌ها به صورت سریعتر از زمان واقعی بر روی یک سیستم کامپیوتری معمولی میسر شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Accurate and Faster Than Real Time Simulation of Indoor Airflow by Using Fast Fluid Dynamics

نویسندگان [English]

  • Mirmasoud Seyedi 1
  • Hadi Pasdarshahri 2
1 MSc student, Tarbiat Modares University
2 Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

The Multizone model is one of the most popular models for simulating indoor energy and airflow; however, the basic problem of this model is that it cannot provide detailed and accurate airflow characteristics in the computational domain. To obtain the detailed airflow information, CFD model can be used but its high computational cost restricts the applicability of this method. Therefore, it is necessary to develop a model which can provide detailed airflow information with a reasonable accuracy and computational time. In this study, Fast Fluid Dynamics (FFD) method which has an unconditionally stable algorithm is proposed. To investigate the functionality of FFD model, four case studies of flow in a lid-driven cavity, flow in a plane channel, natural flow convention and forced flow convection are analyzed and the results are compared and validated with the results of CFD model, experimental data and analytical solution. The main focus of this study is increasing the simulation speed of FFD algorithm. For this purpose the sequence of equations has been modified and an efficient numerical method has been applied to solve the equations. Using the proposed FFD solver the simulation time of the case studies has decreased between 52 to 94 percent compared to the CFD and a faster than real time simulation has been achieved on a regular computer system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fast Fluid Dynamics
  • computational fluid dynamics
  • Simulation of Flow and Energy
  • ventilation