Отправить статью по E-mail ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ
- Авторы: КОРТЯЕВА Д.О.1, НИКИТИН М.Н.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный архитектурно-строительный университет
- Выпуск: Том 6, № 3 (2016)
- Страницы: 146-150
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/54360
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2016.03.24
- ID: 54360
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Проведено численное исследование естественной конвекции в программном комплексе Code Saturne. Разработана численная модель на базе комбинированной модели турбулентности. Получены результаты моделирования естественной конвекции в замкнутом объеме воздуха по двум вариантам указания граничных условий третьего рода: по тепловому потоку и по коэффициенту теплоотдачи. Задача решена в нестационарной постановке с использованием типового алгоритма сопряжения давления и скорости. Дана оценка адекватности примененной модели по профилю температур в центральном сечении расчетной области. Сделаны предположения относительно деструктивных факторов, снижающих точность решения. Предположения частично подтверждаются результатами сравнительного анализа интенсивности конвективного перемешивания, выполненного на основании полученных профилей скоростей восходящих потоков нагретого воздуха.
Ключевые слова
Полный текст
Введение Основным средством отопления жилых и административных помещений в зимний период являются отопительные приборы конвекторного типа. В 2013 г. профессор Т.А. Дацюк [1] методом численного эксперимента доказал эффективность использования конвекторов. Стандарты регламентируют точки размещения отопительных приборов, а также их мощность в соответствии с типовыми проектами [2-4]. Однако типовые проекты часто требуют адаптации под фактические условия эксплуатации и требования интерьерных решений. Подобная адаптация легко реализуется с использованием полуэмпирических зависимостей [3, 4], а также специализированных программных продуктов (Valtec, Herz и др). В условиях сложных интерьерных решений (декорированные студии, многоуровневые помещения), а также при повышенных требованиях к микроклимату (серверные, оранжереи) укрупненных расчетов, как правило, недостаточно. В этих случаях может быть использовано численное моделирование движения воздуха в проектируемом помещении с учетом всех его особенностей. Естественная конвекция при незначительных перепадах температур успешно описывается в приближении Буссинеска [5-9]. Данный метод подразумевает линейную зависимость плотности от температуры в условиях несжимаемой среды, что существенно упрощает решение [10, 11]. Цель проведенного исследования - определение оптимальных граничных условий для моделирования естественной конвекции воздуха в помещении. Объектом исследования являлся профиль температур в замкнутом объеме в заданный момент времени. В настоящей работе использована полученная ранее зависимость профилей скоростей и температур в условиях естественной конвекции от абсолютных габаритов рассматриваемой области [12]. Экспериментальное исследование В основу разработанной численной модели были положены экспериментальные данные, полученные профессором М.А. Шереметом [13]. Экспериментальная установка (рис. 1) представляла собой закрытый контейнер (0,4х0,56х0,4 м) прямоугольного сечения, расположенный в помещении с температурой 18 0С. Температура воздуха в контейнере контролировалась в семи точках, равномерно распределенных по центральному продольному сечению на высоте 0,3 м, и в начальный момент времени составила 19 0С. На дне контейнера располагался электрический нагревательный элемент (0,08 х 0,16 х 0,02 м), температура которого контролировалась в процессе эксперимента. В течение экспериментального исследования (600 с) температура поверхности нагревательного элемента находилась в следующей зависимости от времени τ: Рис. 1. Схема экспериментальной установки [13]: 1 - замкнутый объем; 2 - термопары; 3 - нагревательный элемент На дне контейнера располагался электрический нагревательный элемент (0,08 х 0,16 х 0,02 м), температура которого контролировалась в процессе эксперимента. В течение экспериментального исследования (600 с) температура поверхности нагревательного элемента находилась в следующей зависимости от времени×
Об авторах
Дарья Олеговна КОРТЯЕВА
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Максим Николаевич НИКИТИН
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Список литературы
- Дацюк Т.А., Ивлев Ю.П., Пухкал В.А. Результаты моделирования микроклимата жилых помещений при различных типах отопительных приборов // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 6. С. 12-21.
- Карташова А.О., Кортяева Д.О., Кулясова К.Е., Цынаева А.А. Исследование работы сплит-системы в режиме подогрева (тепловой насос) // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2015. № 1(18). С. 90 doi: 10.17763/Vestnik.2015.01.14.
- АВОК 8-2005. Руководство по расчету теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий. М.: Изд-во НП «АВОК», 2005. 45 с.
- СП 54.13330.2010. Здания жилые многоквартирные. Введ. 1.10.2003. М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004.
- Никитин М.Н. Исследование теплообмена с жидкой фазой в кольцевом канале охлаждающего корпуса смесительного теплогенератора // Тепловые процессы в технике. 2013. № 5(9). С. 404-410.
- Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. О возможности регулирования тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры с локальным источником тепла за счет естественной конвекции // Микроэлектроника. 2010. №6. С. 452-467.
- Valencia L. Turbulent Rayleigh-Benard convection of water in cubical cavities: A numerical and experimental study // Int. J. Heat Mass Transfer. 2007. № 50. Рp. 3203- 3215.
- Цынаева А.А. Численное исследование температурной стратификации // Автоматизация процессов управления. 2014. №2. С. 62-66.
- Никитин М.Н. Адаптация геометрии ошипованных поверхностей для создания расчетной сетки // Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования: Тез. докл. XII Междунар. науч. конф. Владикавказ: ЮМИ ВНЦ РАН, 2015. С. 209-210.
- Никитин М.Н., Цынаева А.А. Численное исследование теплообмена для поверхностей с особенностями // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тез. докл. XX Школы-семинара молодых ученых и специалистов под рук. ак. РАН А.И. Леонтьева. Звенигород: Изд-во МЭИ, 2015. С. 283-284.
- Nikitin M.N., Tsinaeva A.A. Numerical study of temperature stratification and isothermal gas pressure regulator on its basis // Proceedings of XIV European Conference on Turbulence. France, Lyon, 2013.
- Tsinaeva A.A., Tsynaeva E. A. The Technology of Isothermal Pressure Regulation of Natural Gas Based on Temperature Stratification // Procedia Engineering. 2015. Рр. 783-788.
- Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. Естественная конвекция в замкнутом параллелепипеде при наличии локального источника энергии // Прикладная механика и техническая физика. 2013. № 4. С. 86-95.
- SALOME Platform. URL: http://salome-platform. org (дата обращения: 25.12.2015).
- Code_Saturne. URL: http://code-saturne.org/cms (дата обращения: 25.12.2015).
- Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. Los Angeles: DCW Industries, 2006. 522 p.
- Цынаева А.А., Цынаева Е.А. Моделирование задач теплообмена и гидрогазодинамики с помощью свободного программного обеспечения // Вестник УлГТУ. 2014. № 68. С. 42-45.
Дополнительные файлы
