مقایسه عددی اثر زاویه پره ثابت و متغیر دیفیوزر بر جریان هوا و توزیع آلودگی در یک فضای تهویه شونده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

با توجه به استفاده روز افزون سیستم‌های تهویه مطبوع در صنایع مختلف از جمله اتاق‌های تمیز، نیاز به طراحی بهینه تجهیزات مورد استفاده در این سیستم‌ها جهت مصرف انرژی کمتر و توزیع آلودگی مناسب‌تر، بیش از پیش احساس می‌شود. در این مقاله اثر زاویه دیفیوزر سقفی چهارطرفه بر کارایی سیستم تهویه به صورت عددی با رویکرد اویلری-لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، توزیع ذرات آلاینده بصورت یکنواخت در اتاق در نظر گرفته شده و اتاق بدون دیفیوزر و اتاق با دیفیوزر با زاویه‌های 30 ، 90 و 30 تا 90 درجه به عنوان مدل‌های مورد بررسی انتخاب شده است. تأثیر واضحی که جهت دیفیوزر بر میدان سرعت اتاق می‌گذارد، منجر به تغییر در توزیع پراکندگی ذرات آلاینده می‌شود. در این مطالعه نشان داده می‌شود، دیفیوزر با زاویه پره 30 و 30 - 90 درجه با سرعت بالاتری آلودگی را کاهش می‌دهد. همچنین اتاق بدون دیفیوزر و دیفیوزر با زاویه پره 90 درجه که جریان هوا را بصورت عمودی پرتاب می‌کند، دارای نشست کمتر ذرات بر روی کف اتاق بوده و منجر به نسبت خروج به نشست بالاتری می‌شود. همچنین با توجه به الگوهای جریان مشاهده می‌شود، در زوایای 30 و 30 - 90 درجه جریان هوای اتاق، ذرات آلاینده را از گوشه‌های اتاق جاروب می‌کند، ولی در اتاق بدون دیفیوزر و یا با دیفیوزر با زاویه 90 درجه الگوهای جریان تأثیر بسزایی در خروج ذرات از گوشه‌های اتاق نداشته و بیشتر در محدوده وسط اتاق مؤثر می باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study on the Effect of Air Diffuser Angle on the Flow Field and Contaminant Dispersion in a Ventilated Room

نویسندگان [English]

  • J. Eslami 1
  • A. Abbassi 1
  • M. H. Saidi 2
  • M. Saidi 3
1 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Due to increasing application of air conditioning systems in various industries including cleanrooms, the optimized use of the applied equipment for less energy consumption and better contaminant distribution is essential. This paper investigates the effect of four-way ceiling diffuser angle effect on the ventilation system performance numerically using Eulerian-Lagrangian approach. In this study, the initial contaminant distribution is assumed to be uniform in the ventilated space and the room assumed to be without diffuser and with diffusers of 30, 90 and 30-90 blade angles is investigated. This work shows that the diffuser with 30 and 30-90 blade angles decrease the contaminant faster than 90° and without blade configurations. It is also shown that the 90° diffuser and without diffuser cases which shoot air vertically leads to less deposition and higher exit to deposition ratio. Based on flow field pattern, the flow field of cases with 30 and 30-90 degree could sweep particles from corners of the room better than W/O diffuser and 90° cases while their flow field role is less in sweeping corners and the main role is on central locations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Four-way ceiling diffuser
  • computational fluid dynamics
  • HVAC system
  • Particle distribution
[1] R.H. Mohammed, A simplified method for modeling of round and square ceiling diffusers, Energy and Buildings, 64 (2013) 473-482.
[2] B. Zhao, Y. Zhang, X. Li, X. Yang, D. Huang, Comparison of indoor aerosol particle concentration and deposition in different ventilated rooms by numerical method, Building and Environment, 39(1) (2004) 1-8.
[3] J. Wang, T.T. Chow, Numerical investigationof influence of human walking on dispersion and deposition of expiratory droplets in airborne infection isolation room, Building and Environment, 46(10) (2011) 1993-2002.
[4] P.V. Nielsen, Description of supply openings in numerical models for room air distribution, ASHRAE Transactions. Dept. of Building Technology and Structural Engineering, Aalborg University, 1991.
[5] H. Xu, J. Niu, A new method of CFD simulation of airflow characteristics of swirling floor diffusers, Building simulation, (2003) 429-1434.
[6] J.J. Martinez-Almansa, A. Fernandez-Gutierrez, L. Parras, C. del Pino, Numerical and experimental study of a HVAC wall diffuser, Building and Environment, 80 (2014) 1-10.
[7] E., Djunaedy, K.W.D. Cheong, Development of a simplified technique of modelling four-way ceiling air supply diffuser, Building and Environment, 37(4) (2002) 393-403.
[8] Y. Huo, F. Haghighat, J. Zhang, C. Shaw, A systematic approach to describe the air terminal device in CFD simulation for room air distribution analysis, Building and Environment, 35(6) (2000) 563-576.
[9] B. Sajadi, M.H. Saidi, A. Mohebbian, Numerical investigation of the swirling air diffuser: Parametric study and optimization, Energy and Buildings, 43(6) (2001) 1329-1333.
[10] J. Srebric, Q. Chen, Simplified numerical models for complex air supply diffusers, HVAC and R Research, 8(3) (2002) 277-294.
[11] E. Tavakoli, R. Hosseini, Large eddysimulation of turbulent flow and mass transfer in far-field of swirl diffusers, Energy and Buildings, 59 (2013) 194-202.
[12] S. Burhan Cuhadaroglu, A CFD analysis of air distributing performance of a new type HVAC diffuser, CLIMAMED, (2015).
[13] K., Zhong, X., Yang, Y. Kang, Effects of ventilation strategies and source locations on indoor particle deposition, Building and Environment, 45(3), (2010) 655-662.
[14] Q. Chen, Comparison of different k-epsilon models for indoor air flow computations, Numerical Heat Transfer, Part B Fundamentals, 28(3) (1995) 353-369.
[15] V. Yakhot, S.A. Orszag, S. Thangam, T.B. Gatski, C.G. Speziale, Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique, Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 4(7) (1992) 1510.
[16] S. Sadrizadeh, A. Tammelin, P. Ekolind, S. Holmberg, Influence of staff number and internal constellation on surgical site infection in an operating room, Particuology, 13 (2014) 42-51.
[17] Ansys Fluent 15.0, Ansys Inc., 2013.
[18] F. Chen, S.C.M. Yu, A.C.K. Lai, Modeling particle distribution and deposition in indoor environments with a new drift–flux model, Atmospheric Environment, 40(2) (2006) 357-367.
[19] J. Eslami, A. Abbassi, M.H. Saidi, M. Bahrami, Effect of supply/exhaust diffuser configurations on the contaminant distribution in ultra clean environments: Eulerian and Lagrangian approaches, Energy and Buildings, 127 (2016) 648-657.