Email this article NUMERICAL STUDY OF NATURAL CONVECTION IN ENCLOSED VOLUME
- Authors: KORTYAEVA D.O.1, NIKITIN M.N.1
-
Affiliations:
- Samara State University of Architecture and Civil Engineering
- Issue: Vol 6, No 3 (2016)
- Pages: 146-150
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/54360
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2016.03.24
- ID: 54360
Cite item
Full Text
Abstract
A numerical study of natural convection was conducted with Code Saturne soft ware package. A numerical model based on combined k-ω SST turbulence model was developed. The results of simulation of natural convection in enclosed volume of air were obtained in two variants of boundary conditions specification: by heat flux and by heat transfer coefficient. The problem was solved in a non-stationary formulation using a pressure-velocity coupling algorithm PISO. This simulation model adequacy is evaluated. Experimental data on the temperature profile in the central section is used as a benchmark criteria. Assumptions about the destructive factors reducing the accuracy of the solution, are partly supported by the results of comparative analysis of the intensity of convective mixing. Assumptions partially confirmed by the results of comparative analysis of the intensity of convective mixing, performed on the basis of upward velocity profiles for the heated air.
Full Text
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×
About the authors
Darya O. KORTYAEVA
Samara State University of Architecture and Civil Engineering
Email: vestniksgasu@yandex.ru
Maxim N. NIKITIN
Samara State University of Architecture and Civil Engineering
Email: vestniksgasu@yandex.ru
References
- 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.
Supplementary files
