Prognoser termisk regime i de betjente områdene er en multifaktoriell oppgave. Det er kjent at det termiske regimet er opprettet ved hjelp av varme-, ventilasjons- og klimaanlegg. Ved utforming av varmesystemer tas imidlertid ikke hensyn til påvirkningen av luftstrømmer skapt av andre systemer. Dette skyldes blant annet at påvirkningen av luftstrømmer på det termiske regimet kan være ubetydelig gitt standard luftmobilitet i de betjente områdene.
Anvendelse av systemer strålevarme krever nye tilnærminger. Dette inkluderer behovet for å overholde standarder for menneskelig eksponering på arbeidsplasser og ta hensyn til fordelingen strålevarme på de indre overflatene til omsluttende strukturer. Med strålevarme blir disse overflatene overveiende oppvarmet, som i sin tur frigjør varme til rommet ved konveksjon og stråling. Det er på grunn av dette at den nødvendige interne lufttemperaturen opprettholdes.
Som regel er det nødvendig med ventilasjonssystemer for de fleste typer lokaler, sammen med varmesystemer. Således, ved bruk av gassstrålevarmesystemer, må rommet utstyres med ventilasjonssystemer. Minimum luftutveksling i rom med utslipp av skadelige gasser og damper er fastsatt av SP 60.13330.12. Oppvarming, ventilasjon og klimaanlegg er minst en gang, og i en høyde på mer enn 6 m - minst 6 m 3 per 1 m 2 gulvareal. I tillegg bestemmes ytelsen til ventilasjonssystemer også av formålet med lokalene og beregnes fra betingelsene for assimilering av varme- eller gassutslipp eller kompensasjon for lokalt sug. Naturligvis bør mengden av luftutveksling også kontrolleres for tilstanden til assimilering av forbrenningsprodukter. Kompensasjon av volumer fjernet luft utføres av systemer tilføre ventilasjon. I dette tilfellet tilhører en betydelig rolle i dannelsen av det termiske regimet i de betjente områdene forsyningsstrålene og varmen de introduserer.
Forskningsmetode og resultater
Det er derfor behov for å utvikle en tilnærmet matematisk modell komplekse prosesser varme- og masseoverføring som skjer innendørs med strålevarme og ventilasjon. Matematisk modell er et system med luft-varmebalanselikninger for karakteristiske volumer og overflater i et rom.
Systemløsningen lar deg bestemme luftparametere i betjente områder når ulike alternativer plassering av strålevarmeapparater under hensyntagen til påvirkning av ventilasjonssystemer.
La oss vurdere konstruksjonen av en matematisk modell ved å bruke eksemplet på et produksjonsanlegg utstyrt med et strålevarmesystem og uten andre varmekilder. Varmestrømmene fra emitterne fordeles som følger. Konvektive strømmer stiger til den øvre sonen under taket og overfører varme til den indre overflaten. Den strålende komponenten av varmestrømmen til emitteren oppfattes av de indre overflatene til de ytre omsluttende strukturene i rommet. I sin tur avgir disse overflatene varme ved konveksjon til den indre luften og stråling til andre indre overflater. En del av varmen overføres gjennom de ytre omsluttende strukturene til uteluften. Varmeoverføringsberegningsdiagrammet er vist i fig. 1a.
La oss vurdere konstruksjonen av en matematisk modell ved å bruke eksemplet på et produksjonsanlegg utstyrt med et strålevarmesystem og uten andre varmekilder. Konvektive strømmer stiger til den øvre sonen under taket og overfører varme til den indre overflaten. Den strålende komponenten av varmestrømmen til emitteren oppfattes av de indre overflatene til de ytre omsluttende strukturene i rommet
Deretter vil vi vurdere konstruksjonen av et luftstrømsirkulasjonsdiagram (fig. 1b). La oss ta i bruk et "påfyllende" luftutvekslingsarrangement. Luft tilføres i mengde M i retning av den betjente sonen og fjernes fra den øvre sonen med en strømningshastighet M i = M osv. På nivået av toppen av det betjente området er luftstrømningshastigheten i bekken M p. Økningen i luftstrømmen i tilførselsstrømmen oppstår på grunn av den sirkulerende luften som er koblet fra strømmen.
La oss introdusere betingede grenser for strømninger - overflater der hastigheter bare har komponenter som er normale for dem. I fig. 1b er strømningsgrensene vist med en stiplet linje. Deretter fremhever vi de beregnede volumene: tjenesteområde (plass med konstant tilstedeværelse av mennesker); volumer av tilførselsstråle- og veggkonvektivstrømmer. Retningen til veggkonveksjonsstrømmer avhenger av forholdet mellom temperaturene på den indre overflaten til de ytre omsluttende strukturene og den omgivende luften. I fig. Figur 1b viser et diagram med en synkende veggkonvektiv strømning.
Altså lufttemperaturen i serviceområdet t wz dannes som et resultat av blanding av luft fra tilførselsdyser, veggkonveksjonsstrømmer og konvektiv varmetilførsel fra indre overflater gulv og vegger.
Ved å ta hensyn til de utviklede varmevekslings- og luftstrømsirkulasjonsskjemaene (fig. 1), vil vi utarbeide varme-luftbalanselikninger for de tildelte volumene:
Her Med— luftens varmekapasitet, J/(kg °C); Q fra er kraften til gassstrålevarmesystemet, W; Q med og Q* c - konvektiv varmeoverføring fra veggens indre overflater innenfor det betjente området og veggen over det betjente området, W; t side, t c og t wz — lufttemperaturer i tilførselsstrømmen ved inngangen til arbeidsområdet, i veggens konveksjonsstrøm og i arbeidsplass, °C; Q tp - varmetap i rommet, W, lik mengden varmetap gjennom de eksterne omsluttende strukturene:
Luftstrømmen i tilførselsstrømmen ved inngangen til serviceområdet beregnes ved å bruke avhengighetene innhentet av M. I. Grimitlin.
For eksempel, for luftfordelere som lager kompakte stråler, er strømningshastigheten i strålen lik:
Hvor m— hastighetsdempningskoeffisient; F 0 - tverrsnittsareal av innløpsrøret til luftfordeleren, m 2 ; x— avstand fra luftfordeleren til inngangen til det betjente området, m; TIL n er den ikke-isotermiske koeffisienten.
Luftstrømmen i den nærvegg-konvektive strømmen bestemmes av:
Hvor t c er temperaturen på den indre overflaten av ytterveggene, °C.
Varmebalanselikningene for grenseflater har formen:
Her Q c , Q*c, Q pl og Q pt - konvektiv varmeoverføring fra veggens indre overflater innenfor det betjente området - vegger over henholdsvis det betjente området, gulvet og belegget; Q tp.s, Q*tps, Q tp.pl, Q tp.pt - varmetap gjennom de tilsvarende strukturene; W Med, W*c, W pl, W pt - strålevarmestrømmer fra emitteren som kommer til disse overflatene. Konvektiv varmeoverføring bestemmes av den kjente avhengigheten:
Hvor m J er en koeffisient bestemt under hensyntagen til posisjonen til overflaten og retningen på varmestrømmen; F J—overflate, m2; Δ t J er temperaturforskjellen mellom overflaten og omgivelsesluften, °C; J— overflatetypeindeks.
Varmetap Q tJ kan uttrykkes som
Hvor t n — utelufttemperatur, °C; t J—temperatur på innvendige overflater av ytre omsluttende strukturer, °C; R Og R n - termisk motstand og varmeoverføring av yttergjerdet, m 2 °C/W.
En matematisk modell av varme- og masseoverføringsprosesser under kombinert virkning av strålevarme og ventilasjon ble oppnådd. Resultatene av løsningen lar oss oppnå hovedegenskapene til det termiske regimet når vi designer strålevarmesystemer for bygninger til ulike formål, utstyrt med ventilasjonssystemer
Strålingsvarme strømmer fra utsendere av strålevarmesystemer Wj beregnes gjennom de gjensidige strålingsområdene ved å bruke metoden for vilkårlig orientering av emittere og omkringliggende overflater:
Hvor Med 0 er emissiviteten til en absolutt svart kropp, W/(m 2 K 4); ε IJ - redusert grad av emissivitet av overflater involvert i varmeveksling Jeg Og J; H IJ er det gjensidige strålingsområdet til overflatene Jeg Og J m2; T I er gjennomsnittstemperaturen til den utstrålende overflaten, bestemt fra radiatorens termiske balanse, K; T J er temperaturen på den varmemottakende overflaten, K.
Når vi erstatter uttrykk for varmestrømmer og luftstrømningshastigheter i strålene, får vi et likningssystem som er en omtrentlig matematisk modell av varme- og masseoverføringsprosesser under stråleoppvarming. Standard dataprogrammer kan brukes til å løse systemet.
En matematisk modell av varme- og masseoverføringsprosesser under kombinert virkning av strålevarme og ventilasjon er oppnådd. Resultatene av løsningen gjør det mulig å oppnå hovedkarakteristikkene til det termiske regimet ved utforming av strålevarmesystemer for bygninger for ulike formål utstyrt med ventilasjonssystemer.
Glebov R.S., hovedfagsstudent Tumanov M.P., kandidat for tekniske vitenskaper, førsteamanuensis
Antyushin S.S., hovedfagsstudent (Moskva statlig institutt Elektronikk og matematikk (Teknisk universitet)
PRAKTISKE ASPEKTER AV MATEMATISK MODELLIDENTIFIKASJON
VENTILASJONSENHET
På grunn av fremveksten av nye krav til ventilasjonssystemer, kan ikke eksperimentelle metoder for å sette opp lukkede reguleringssløyfer løse automatiseringsproblemer fullt ut teknologisk prosess. Eksperimentelle innstillingsmetoder har iboende optimaliseringskriterier (kontrollkvalitetskriterier), som begrenser deres anvendelsesområde. Parametrisk syntese av et kontrollsystem som tar hensyn til alle krav mandat, krever en matematisk modell av objektet. Artikkelen gir en analyse av strukturene til matematiske modeller ventilasjonsaggregat, vurderes en metode for å identifisere et ventilasjonsaggregat, og muligheten for å bruke de resulterende modellene til praktisk bruk vurderes.
Stikkord: identifikasjon, matematisk modell, ventilasjonsenhet, eksperimentell studie av den matematiske modellen, kvalitetskriterier for den matematiske modellen.
PRAKTISKE ASPEKTER VED IDENTIFIKASJON AV MATEMATISK MODELL
AV VENTILERING INSTALLASJON
I forbindelse med forekomsten av nye krav til ventilasjonssystemer, kan eksperimentelle metoder for justering av de lukkede konturene av ledelse ikke løse et problem med automatisering av teknologiske prosesser fullt ut. Eksperimentelle metoder for justering har satt kriteriene for optimalisering (kriterium for styringskvalitet) som begrenser bruksområdet deres, det tekniske prosjektet som tar i betraktning alle krav, krever en matematisk modell av objektet som skal resultere i analyse av matematiske modeller for ventilasjonsinstallasjon. metoden for identifikasjon av ventilasjonsinstallasjon vurderes, mulighet for anvendelse av de mottatte modellene for bruk i praksis er estimert.
Stikkord: identifikasjon, matematisk modell, ventilasjonsinstallasjon, eksperimentell forskning av matematisk modell, kvalitetskriterier for matematisk modell.
Introduksjon
Kontroll av ventilasjonsanlegg er en av hovedoppgavene til automatisering tekniske systemer bygning. Krav til styringssystemer av ventilasjonsaggregater er formulert i form av kvalitetskriterier i tidsdomenet.
Hovedkvalitetskriterier:
1. Overgangstid (tnn) - tid ventilasjonsaggregatet når driftsmodus.
2. Steady-state feil (eust) - maksimum toleranse tilluftstemperatur fra den innstilte.
Indirekte kvalitetskriterier:
3. Overregulering (Ah) - for høyt strømforbruk ved styring av ventilasjonsaggregatet.
4. Svingningsgrad (y) - overdreven slitasje på ventilasjonsutstyr.
5. Dempningsgrad (y) - karakteriserer kvaliteten og hastigheten for å etablere det nødvendige temperaturregimet.
Hovedoppgaven med automatisering av et ventilasjonssystem er den parametriske syntesen av kontrolleren. Parametrisk syntese består i å bestemme regulatorkoeffisientene for å gi kvalitetskriterier for ventilasjonssystemet.
For å syntetisere en ventilasjonsenhetskontroller velges tekniske metoder som er praktiske for praktisk bruk og som ikke krever studier av en matematisk modell av objektet: Nocbo18-21g1er(G)-metoden, CHen-Hnone8-Ke8,wsk(SNK) ) metode. TIL moderne systemer ventilasjonsautomatikk presenteres høye krav kvalitetsindikatorer, innsnevres de tillatte grensebetingelsene for indikatorene, og multikriteriakontrollproblemer oppstår. Tekniske metoder for innstilling av regulatorer tillater ikke å endre kontrollkvalitetskriteriene som er innebygd i dem. For eksempel, når du bruker N2-metoden for å konfigurere kontrolleren, er kvalitetskriteriet et dempende dekrement lik fire, og når du bruker SNYa-metoden, er kvalitetskriteriet topphastighetøkning i fravær av overskridelse. Bruken av disse metodene for å løse multikriteriakontrollproblemer krever ytterligere manuell justering av koeffisientene. Tid og kvalitet på justering av kontrollsløyfer, inn i dette tilfellet, avhenger av erfaringen til serviceteknikeren.
applikasjon moderne virkemidler Matematisk modellering for syntese av et kontrollsystem for en ventilasjonsenhet forbedrer kvaliteten på kontrollprosessene betydelig, reduserer systemoppsetttiden, og gjør det også mulig å syntetisere algoritmiske midler for å oppdage og forhindre ulykker. For å modellere kontrollsystemet er det nødvendig å lage en tilstrekkelig matematisk modell av ventilasjonsenheten (kontrollobjekt).
Den praktiske bruken av matematiske modeller uten å vurdere deres tilstrekkelighet reiser en rekke problemer:
1. Kontrollerinnstillingene oppnådd gjennom matematisk modellering garanterer ikke samsvar med kvalitetsindikatorer i praksis.
2. Den praktiske bruken av kontrollere med innebygd matematisk modell (tvingskontroll, Smith-ekstrapolator, etc.) kan føre til forringelse av kvalitetsindikatorer. Hvis tidskonstanten ikke stemmer overens eller forsterkningen er for lav, øker tiden det tar for ventilasjonsaggregatet å nå driftsmodus hvis forsterkningen er for høy, det oppstår overdreven slitasje på ventilasjonsutstyret, etc.
3. Den praktiske anvendelsen av adaptive kontrollere med evaluering basert på en referansemodell fører også til en forringelse av kvalitetsindikatorer, i likhet med eksemplet gitt ovenfor.
4. Kontrollerinnstillingene oppnådd ved optimale kontrollmetoder garanterer ikke samsvar med kvalitetsindikatorer i praksis.
Hensikten med denne studien er å bestemme strukturen til den matematiske modellen til ventilasjonsaggregatet (i henhold til kontrollsløyfen temperaturforhold) og vurdering av dens tilstrekkelighet til reelle fysiske prosesser for luftoppvarming i ventilasjonssystemer.
Erfaring med å designe kontrollsystemer viser at det er umulig å oppnå en matematisk modell som er tilstrekkelig til et reelt system kun på grunnlag av teoretiske studier av de fysiske prosessene i systemet. Derfor, i prosessen med å syntetisere modellen til ventilasjonsenheten, samtidig med teoretiske studier, ble det utført eksperimenter for å bestemme og avgrense den matematiske modellen av systemet - dets identifikasjon.
Teknologisk prosess av ventilasjonssystemet, organisering av eksperimentet
og strukturell identifikasjon
Kontrollobjektet til ventilasjonssystemet er det sentrale klimaanlegget der behandlingen finner sted luftstrøm og dens tilførsel til ventilerte rom. Oppgaven til det lokale ventilasjonskontrollsystemet er automatisk vedlikehold temperatur tilluft i kanalen. Gjeldende lufttemperaturverdi beregnes ved hjelp av en sensor installert i innløpskanal eller i et betjent område. Tilluftstemperaturen reguleres av en elektrisk eller varmtvannsbereder. Ved bruk av varmtvannsbereder er det utøvende organ treveisventil, når du bruker en elektrisk varmeovn - en pulsbredde- eller tyristoreffektregulator.
Standard tillufer et lukket sløyfe automatisk kontrollsystem (CAR), med en PID-kontroller som kontrollenhet. Struktur automatisert system ventilasjon tilluftstemperaturregulering er vist (fig. 1).
Ris. 1. Strukturopplegg automatisert ventilasjonsenhet kontrollsystem (tilluftstemperaturkontrollkanal). Wreg - PF av regulatoren, Gio - PF av utøvende organ, Wcal - PF av varmeren, Wвв - overføringsfunksjonen til luftkanalen. u1 - temperatursettpunkt, XI - temperatur i kanalen, XI - sensoravlesninger, E1 - reguleringsfeil, U1 - reguleringshandling av regulatoren, U2 - behandling av regulatorsignalet av aktuatoren, U3 - varme overført av varmeren til kanal.
Syntesen av en matematisk modell av et ventilasjonssystem forutsetter at strukturen til hver overføringsfunksjon inkludert i sammensetningen er kjent. Bruken av en matematisk modell som inneholder overføringsfunksjoner av individuelle elementer i systemet er en kompleks oppgave og garanterer ikke i praksis overlagring av individuelle elementer med det opprinnelige systemet. For å identifisere den matematiske modellen er det praktisk å dele strukturen til ventilasjonskontrollsystemet i to deler: a priori kjent (kontroller) og ukjent (objekt). Overføringsfunksjonen til objektet ^ob) inkluderer: overføringsfunksjonen til det utøvende organet ^io), overføringsfunksjonen til luftvarmeren ^cal), overføringsfunksjonen til luftkanalen ^bb), overføringsfunksjonen til sensoren ^dat). Oppgaven med å identifisere en ventilasjonsenhet ved regulering av luftstrømtemperaturen reduseres til å bestemme funksjonsforholdet mellom styresignalet til varmeaktuatorelementet U1 og luftmengdetemperaturen XI.
For å bestemme strukturen til den matematiske modellen til ventilasjonsenheten, er det nødvendig å utføre et identifiseringseksperiment. Å oppnå de nødvendige egenskapene er mulig gjennom passive og aktive eksperimenter. Den passive eksperimentmetoden er basert på å registrere kontrollerte prosessparametere i normal driftsmodus for objektet uten å introdusere noen bevisste forstyrrelser i det. Under oppsettfasen er ikke ventilasjonssystemet i normal driftsmodus, så den passive eksperimentmetoden er ikke egnet for våre formål. Den aktive eksperimentmetoden er basert på bruk av visse kunstige forstyrrelser introdusert i objektet i henhold til et forhåndsplanlagt program.
Det er tre grunnleggende metoder for aktiv identifikasjon av et objekt: metoden for forbigående karakteristikker (objektets reaksjon på et "trinn"), metoden for å forstyrre objektet med periodiske signaler (objektets reaksjon på harmoniske forstyrrelser med forskjellige frekvenser) og metoden for objektets reaksjon på deltapulsen. På grunn av den store tregheten til ventilasjonssystemer (TOB varierer fra titalls sekunder til flere minutter), identifisering av perimetersignaler
For å fortsette å lese denne artikkelen, må du kjøpe hele teksten. Artikler sendes i formatet PDF til e-postadressen oppgitt under betalingen. Leveringstid er mindre enn 10 minutter. Kostnad for én artikkel - 150 rubler.
Lignende vitenskapelige arbeider om emnet "Generelle og komplekse problemer innen naturvitenskap og eksakte vitenskaper"
- ADAPTIV STYRING AV VENTILASJONSENHET MED DYNAMISK TILLUFTSTRØM
GLEBOV R.S., TUMANOV M.P. - 2012
- Problemet med å håndtere og modellere nødsituasjoner i oljegruver
Liskova M.Yu., Naumov I.S. - 2013
- OM ANVENDELSE AV PARAMETRISK KONTROLLTEORI FOR BEREGNERBARE GENERELLE EKVILIBRIUMMODELLER
ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDIKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDIKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHYT TURLYKHANOVICH - 2
- MODELLERING AV ET BIOCLIMATISK TAK VED HJELP AV NATURLIG VENTILASJON
OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008
Send ditt gode arbeid i kunnskapsbasen er enkelt. Bruk skjemaet nedenfor
Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være deg veldig takknemlig.
Lignende dokumenter
Grunnleggende om systemdrift automatisk kontroll forsyning- avtrekksventilasjon, dens konstruksjon og matematiske beskrivelse. Teknologisk prosessutstyr. Valg og beregning av regulator. Studie av ATS-stabilitet, indikatorer på kvaliteten.
kursarbeid, lagt til 16.02.2011
generelle egenskaper og formål, områder praktisk anvendelse automatiske styringssystemer for til- og avtrekksventilasjon. Automatisering av reguleringsprosessen, dens prinsipper og stadier av implementering. Valg av fond og deres økonomiske begrunnelse.
avhandling, lagt til 04.10.2011
Analyse av eksisterende standard ordninger automatisering av ventilasjon av produksjonsverksteder. Matematisk modell av ventilasjonsprosessen produksjonslokaler, valg og beskrivelse av automatiseringsverktøy og kontroller. Beregning av kostnad for et automatiseringsprosjekt.
avhandling, lagt til 06.11.2012
Komparativ analyse tekniske egenskaper standard design kjøletårn Elementer i vannforsyningssystemer og deres klassifisering. Matematisk modell avessen, valg og beskrivelse av automatiseringsutstyr og kontroller.
avhandling, lagt til 09.04.2013
Generelle egenskaper ved oljerørledningen. Klimatiske og geologiske egenskaper ved stedet. Generell plan bensinstasjon. Hovedpumpestasjoner og tankanlegg til PS-3 "Almetyevsk". Beregning av tilførsels- og avtrekksventilasjonssystem til pumpeverkstedet.
avhandling, lagt til 17.04.2013
Analyse av utviklingen av et designprosjekt for en dekorativ stokk. Heraldikk som en spesiell disiplin som omhandler studiet av våpenskjold. Metoder for å lage utstyr for voksmodeller. Stadier av beregning av tilførsel og avtrekksventilasjon for smelteavdelingen.
avhandling, lagt til 26.01.2013
Beskrivelse av installasjonen som et automatiseringsobjekt, alternativer for å forbedre den teknologiske prosessen. Beregning og valg av komplekse elementer tekniske midler. Beregning av det automatiske kontrollsystemet. Utvikling av applikasjonsprogramvare.
avhandling, lagt til 24.11.2014
I moderne verden det er ikke lenger mulig å klare seg uten matematisk modellering av luftstrøm ved utforming ventilasjonssystemer.
I den moderne verden er det ikke lenger mulig å klare seg uten matematisk modellering av luftstrøm når man designer ventilasjonssystemer. Konvensjonelle ingeniørteknikker fungerer godt for typiske lokaler Og standardløsninger ved luftfordeling. Når en designer står overfor ikke-standardiserte objekter, bør matematiske modelleringsmetoder komme ham til hjelp. Artikkelen er viet studiet av luftfordeling i den kalde årstiden i et rørproduksjonsverksted. Dette verkstedet er en del av et fabrikkkompleks som ligger i et skarpt kontinentalt klima.
Tilbake på 1800-tallet ble det oppnådd differensialligninger for å beskrive strømmen av væsker og gasser. De ble formulert av den franske fysikeren Louis Navier og den britiske matematikeren George Stokes. Navier-Stokes-ligningene er blant de viktigste innen hydrodynamikk og brukes i matematisk modellering av mange naturfenomener og tekniske problemer.
Bak i fjor et stort utvalg av geometrisk og termodynamisk komplekse objekter i konstruksjon har samlet seg. Bruken av beregningsbaserte væskedynamikkmetoder øker designevnen til ventilasjonssystemer betydelig, noe som tillater høy grad nøyaktig forutsi fordelingen av hastighet, trykk, temperatur, konsentrasjon av komponenter på ethvert punkt i bygningen eller noen av dens lokaler.
Den intensive bruken av beregningsbaserte væskedynamiske metoder begynte i 2000, da universelle programvareskall (CFD-pakker) dukket opp som gjorde det mulig å finne numeriske løsninger på systemet med Navier-Stokes-ligninger i forhold til et objekt av interesse. Siden omtrent denne tiden har BUREAU TECHNIKI vært engasjert i matematisk modellering i forhold til ventilasjons- og luftkondisjoneringsproblemer.
Beskrivelse av oppgaven
I denne studien ble numeriske simuleringer utført ved bruk av STAR-CCM+, en CFD-pakke utviklet av CD-Adapco. Ytelsen til denne pakken for å løse ventilasjonsproblemer var
testet mange ganger på objekter av varierende kompleksitet, fra kontorlokaler til teatre og stadioner.
Problemstillingen er av stor interesse både med tanke på design og matematisk modellering.
Utetemperatur -31 °C. Rommet inneholder gjenstander med betydelig varmetilførsel: en herdeovn, en tempereringsovn etc. Det er således store temperaturforskjeller mellom de utvendige omsluttende konstruksjonene og innvendige varmegenererende objekter. Derfor kan ikke bidraget fra strålingsvarmeoverføring neglisjeres i modelleringen. En ekstra kompleksitet i den matematiske problemformuleringen er at flere ganger per skift tilføres et tungt tog med en temperatur på -31 °C til rommet. Den varmes gradvis opp, og avkjøler luften rundt den.
For å opprettholde den nødvendige lufttemperaturen i verkstedet (i den kalde årstiden, ikke lavere enn 15 °C), sørger prosjektet for ventilasjons- og klimaanlegg. På designstadiet ble strømningshastigheten og temperaturen til den tilførte luften som var nødvendig for å opprettholde de nødvendige parameterne, beregnet. Spørsmålet gjensto - hvordan tilføre luft inn i verkstedvolumet for å sikre den mest jevne temperaturfordelingen gjennom hele volumet. Modellering gjorde det mulig på relativt kort tid (to til tre uker) å se bildet av luftstrømmen for flere lufttilførselsalternativer, og deretter sammenligne dem.
STADIER AV MATEMATISK MODELLERING
- Konstruksjon av solid geometri.
- Deling av arbeidsområdet i celler i beregningsrutenettet. Områder hvor ytterligere celleknusing vil være nødvendig, bør påregnes på forhånd. Når du konstruerer et nett, er det veldig viktig å finne gylne snitt, hvor cellestørrelsen vil være liten nok til å oppnå riktige resultater, mens det totale antallet celler ikke vil være så stort at det utsetter beregningstiden til uakseptable tidsfrister. Derfor er det å konstruere et rutenett en kunst som kommer med erfaring.
- Sette grense- og startbetingelser i henhold til problemstilling. Det kreves en forståelse av spesifikasjonene til ventilasjonsoppgaver. Spiller en stor rolle i utarbeidelsen av regnestykket riktig valg turbulensmodeller.
- Velge passende fysiske og turbulensmodeller.
Simuleringsresultater
For å løse problemet vurdert i denne artikkelen, ble alle stadier av matematisk modellering fullført.
For å sammenligne ventilasjonseffektiviteten ble tre lufttilførselsalternativer valgt: i vinkler til vertikalen på 45°, 60° og 90°. Lufttilførselen ble utført fra standard luftfordelingsrister.
Temperatur- og hastighetsfeltene oppnådd som et resultat av beregninger ved forskjellige tilluftsvinkler er presentert i fig. 1.
Etter å ha analysert resultatene, ble tilluftsvinkelen på 90° valgt som den mest vellykkede av de vurderte alternativene for ventilasjon av verkstedet. Med denne fôringsmetoden skapes det ikke økte hastigheter i arbeidsområdet og det er mulig å oppnå en ganske jevn temperatur og hastighetsmønster gjennom hele verkstedets volum.
Siste avgjørelse
Temperatur- og hastighetsfeltene i tre tverrsnitt som går gjennom tilførselsristene er vist i fig. 2 og 3. Temperaturfordelingen i hele rommet er jevn. Bare i området hvor ovnene er konsentrert, observeres høyere temperaturer under taket. Det er et kaldere område i høyre hjørne av rommet lengst fra ovnene. Dette er stedet hvor kalde vogner fra gaten kommer inn.
Fra fig. 3 kan du tydelig se hvordan de horisontale strålene av tilført luft sprer seg. Med denne tilførselsmetoden har tilførselsstrålen ganske stor rekkevidde. Således, i en avstand på 30 m fra nettet, er strømningshastigheten 0,5 m/s (ved utgangen fra nettet er hastigheten 5,5 m/s). I resten av rommet er luftmobiliteten lav, 0,3 m/s.
Den oppvarmede luften fra herdeovnen avleder tilluftstrømmen oppover (fig. 4 og 5). Ovnen varmer opp luften rundt seg veldig kraftig. Temperaturen nær gulvet her er høyere enn i den midtre delen av rommet.
Temperaturfeltet og strømlinjene i to seksjoner av varmebutikken er vist i fig. 6.
konklusjoner
Beregningene gjorde det mulig å analysere effektiviteten på ulike måter lufttilførsel i rørproduksjonsverkstedet. Det ble funnet at ved tilførsel med horisontal stråle sprer tilluften seg lenger inn i rommet, og bidrar til en jevnere oppvarming. I dette tilfellet er det ingen områder med for mye luftmobilitet i arbeidsområdet, slik det skjer ved tilførsel av tilluft i en nedadgående vinkel.
Bruken av matematiske modelleringsmetoder i ventilasjons- og luftkondisjoneringsproblemer er en meget lovende retning, som gjør at løsningen kan justeres på prosjektstadiet og for å hindre behovet for å korrigere mislykkede designløsninger etter at objektene er satt i drift. ●
Daria Denisikhina -
Leder for Matematisk modelleringsavdeling;
Maria Lukanina -
Ledende ingeniør for matematisk modelleringsavdeling;
Mikhail Samoletov -
Administrerende direktør i MM-Technologies LLC
