vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2024-51-4-171-178vdgtu-1629Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREАнализ формирования воздушных потоков в сопловом клапанеAnalysis of air flow formation in a nozzle valvehttps://orcid.org/0000-0001-8635-1669АбрамкинаД. В.AbramkinaD. V.

Абрамкина Дарья Викторовна, кандидат технических наук, доцент, доцент, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 25

Daria V. Abramkina, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof., Department of Ventilation and Heat and Gas Supply

Yaroslavskoe highway, 26, Moscow 129337

dabramkina@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4937-9843ИвановаА. О.IvanovaA. O.

Иванова Ангелина Олеговна, аспирант, кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 25

Angelina O. Ivanova, Postgraduate Student, Department of Ventilation and Heat and Gas Supply

Yaroslavskoe highway, 26, Moscow 129337

ivanova.angeli@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3522-9302КарповД. Ф.KarpovD. F.

Карпов Денис Федорович, старший преподаватель, кафедра теплогазоводоснабжения

160000, г. Вологда, ул. Ленина, 15

Denis F. Karpov, Senior Lecturer, Department of Heat, Gas and Water Supply

15 Lenin St., Vologda 160000

karpovdf@vogu35.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7422-5494ВафаеваХ. М.VafaevaKh. M.

Вафаева Христина Максудовна, инженер-исследователь, лаборатория самовосстанавливающихся конструкционных материалов

3195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 литера Б

Khristina M. Vafaeva, Research Engineer, Laboratory of Self-Healing Structural Materials

29 letter B Polytechnique St., Saint-Petersburg 195251

vafaeva.khm@gmail.comВороновА. С.VoronovA. S.

Воронов Александр Сергеевич, аспирант

117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Alexander S. Voronov, Postgraduate student

6 Miklukho-Maklaya St., Moscow 117198

1142220725@rudn.ruМосковский государственный строительный университетРоссияMoscow State University of Civil EngineeringRussian FederationВологодский государственный университетРоссияVologda State UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St.Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationРоссийский университет дружбы народов имени Патриса ЛумумбыРоссияPeoples' Friendship University of Russia named after Patrice LumumbaRussian Federation202420012025514171178Copyright © Абрамкина Д.В., Иванова А.О., Карпов Д.Ф., Вафаева Х.М., Воронов А.С., 20252025Абрамкина Д.В., Иванова А.О., Карпов Д.Ф., Вафаева Х.М., Воронов А.С.Abramkina D.V., Ivanova A.O., Karpov D.F., Vafaeva K.M., Voronov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1629

Цель. Для проведения корректной оценки воздействия систем вентиляции на акустическую обстановку помещения необходимо определять длину вихревой зоны, формирующейся при прохождении воздушного потока через дросселирующие устройства. В статье рассматриваются результаты моделирования соплового клапана с изменяющимся проходным сечением в процессе его открытия и закрытия. Метод. Анализ сценариев формирования воздушного потока при различных положениях регулирующей диафрагмы производился с помощью метода вычислительной гидродинамики (CFD) в программном комплексе Ansys Fluent. Результат. При уменьшении площади проходного сечения наблюдается резкое локальное повышение скорости воздушного потока, а также формирование вихревых зон и обратных течений, возникающих вследствие эффекта эжекции. Вывод. Наличие сложных турбулентных потоков в вентиляционной сети приводит к повышению уровней звукового давления и шуму, проникающему в обслуживаемое помещение. Выявленные значительные отклонения от максимальной рекомендуемой скорости в зависимости от сценария открытия клапана подчеркивают важность учета дросселирующих устройств при проведении акустических расчетов. Анализ длины участка стабилизации течения позволяет определить оптимальное месторасположение соплового клапана и исключить размыкание вихревой зоны при совместном взаимодействии местных сопротивлений (воздухораспределительных устройств, тройников, отводов и клапанов постоянного расхода воздуха). Для снижения риска возникновения повышенных шумов рекомендуется размещение соплового клапана на прямом участке воздуховода, длиной не менее одного калибра до и трех калибров после дросселирующего устройства.

Objective. To accurately assess the impact of ventilation systems on the acoustic environment of a room, it is necessary to determine the length of the vortex zone that forms as the air flow passes through throttling devices. The article examines the results of modeling a nozzle valve with a variable cross-section during its opening and closing processes. Method. The analysis of airflow formation scenarios at various positions of the control diaphragm was performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) in the Ansys Fluent software package. Result. As the cross-sectional flow area decreases, a sharp local increase in airflow velocity is observed, along with the formation of vortex zones and reverse flows resulting from the ejection effect. Conclusion. The presence of complex turbulent flows in the ventilation network leads to increased sound pressure levels and noise penetrating the serviced space. Significant deviations from the recommended maximum velocity, depending on the valve opening scenario, highlight the importance of considering throttling devices in acoustic calculations. Analyzing the length of the flow stabilization section enables optimal placement of the nozzle valve, preventing the vortex zone from breaking up due to the combined influence of local resistances (air distribution devices, tees, bends, and constant airflow valves). To reduce the risk of increased noise, it is recommended to position the nozzle valve on a straight duct section, with a length of at least one duct diameter before and three duct diameters after the throttling device.

шумшумовые характеристикиирисовый клапансопловой клапанвихревая зонаnoisenoise characteristicsiris valvenozzle valvevortex zoneReferencesЛешко М.Ю. К вопросу шумообразования дросселирующих устройств. Вестник МГСУ. 2011. № 3. С. 82–86.Leshko M.Yu. On the issue of noise generation of throttling devices. Vestnik MGSU. 2011;3:82–86. (In Russ)Lan L., Sun Y., Wyon D.P., Wargocki P. Pilot study of the effects of ventilation and ventilation noise on sleep quality in the young and elderly. Indoor air. Vol. 31 (4). DOI: 10.1111/ina.12861Lan L., Sun Yu., Vayon D.P., Wargotsky P. Pilot study of the effect of ventilation and ventilation noise on sleep quality in young and elderly people. Indoor Air. 31(4). DOI: 10.1111/ina.12861Meira L.S., Souza F. Numerical investigation of the flow-induced noise in a turbulent flow inside an HVAC duct. 12th Spring School on Transition and Turbulence. 2020. DOI: 10.26678/ABCM.EPTT2020.EPT20-0063Meira L.S., Souza F. Numerical study of flow-generated noise in a turbulent flow inside an HVAC duct. 12th Spring School on Transition Period and Turbulence. 2020. DOI: 10.26678/ABCM.EPTT2020.EPT20-0063Geyer T. F., Lucius A., Schrödter M., Schneider M., Sarradj E. Reduction of turbulence interaction noise through airfoils with perforated leading edges. Acta Acustica united with Acustica. 2019. Vol. 105. Pp. 109-122. DOI: 10.3813/AAA.919292Geyer TF, Lucius A, Schroedter M, Schneider M, Sarraj E. Reduction of turbulent interaction noise using airfoils with perforated leading edges. Acta Acustica merged with Acustica. 2019;105:109-122. DOI: 10.3813/AAA.919292Kopania J.M., Grzegorz B., Gaj P., Wójciak K. Acoustical parameters of the different fixing of blade ventilation damper into the duct. 10th Convention of the European Acoustics Association Forum Acusticum 2023. 2023. Pp. 4575-4579. DOI: 10.61782/fa.2023.1192Kopania JM, Grzegorz B, Gaj P, Wujczak K. Acoustic parameters of different mountings of a vane ventilation damper in a duct. 10th Congress of the European Acoustics Association Forum Acusticum 2023. 2023; 4575-4579. DOI: 10.61782/fa.2023.1192Kopania J.M., Grzegorz B., Gaj P., Wójciak K. Aeroacoustical study of the serrated ventilation dampers. Vibrations in Physical Systems. 2022. Vol. 3 (33). 2022313. DOI: 10.21008/j.0860-6897.2022.3.13Kopania J.M., Grzegorz B., Gaj P., Wujczak K. Aeroacoustic study of toothed ventilation dampers. Vibrations in Physical Systems. 2022; 3 (33): 2022313 . DOI: 10.21008/j.0860-6897.2022.3.13Skorik T., Galkina N., Glazunova E. Verification of the ventilation dampers' aerodynamic characteristics. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 913. 042043. DOI: 10.1088/1757-899X/913/4/042043Skorik T., Galkina N., Glazunova E. Testing the aerodynamic characteristics of ventilation dampers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;913:042043. DOI: 10.1088/1757-899X/913/4/042043Nering K. Perception of Structure-Borne Sound in Buildings in Context of Vibration Comfort of Human in the Buildings. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2020. Vol. 960. No. 022033. DOI: 10.1088/1757-899X/960/2/022033Nehring K. Perception of structure-borne sound in buildings in the context of human vibration comfort in buildings. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020; 960:022033. DOI: 10.1088/1757-899X/960/2/022033Kopania J. M., Bogusławski G., Gaj P. Wójciak K. Acoustical parameters of the different fixing of blade ventilation damper into the duct. 10th Convention of the European Acoustics Association Turin, Italy. 2024. Pp. 4575–4579. DOI: 10.61782/fa.2023.1192Kopania J.M., Boguslavsky G., Gaj P., Wujczak K. Acoustic parameters of different duct mountings of vane ventilation dampers. 10th Congress of the European Acoustics Association Turin, Italy. 2024: 4575– 4579. DOI: 10.61782/fa.2023.1192Kapre A.V., Dodia Y. Flow analysis of butterfly valve using CFD. IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology. 2015. Vol. 4 (11). Pp. 95-99.Kapre A.V., Dodia Y. Flow Analysis of a Rotary Damper Using Computational Fluid Dynamics. IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology. 2015; 4(11): 95-99 .Millers R., Pelite U. Survey of control characteristics of circular air dampers in variable air volume ventilation systems. Energy Procedia. 2016. Vol. 96. Pp. 296-300. DOI: 10.1016/j.egypro.2016.09.152.Millers R., Pelite U. A Review of Control Characteristics of Circular Air Dampers in Variable Air Volume Ventilation Systems. Energy Procedia. 2016; 96: 296-300. DOI: 10.1016/j.egypro.2016.09.152.Malet J., Radosavljevic M., Mbaye M., Costa D., Wiese J., Gehin E. Flow characterization of various singularities in a real-scale ventilation network with rectangular ducts. Building and Environment. 2022. Vol. 222. DOI: 10.1016/j.buildenv.2022.109223Malet J., Radosavljevic M., Mbaye M., Costa D., Wiese J., Gehin E. Flow characterization of different features in a real ventilation network with rectangular ducts. Building and Environment. 2022;222. DOI: 10.1016/j.buildenv.2022.109223Shihao W., Ran G., Hongming G., Haimeng L., Meng W., Sikai Z., Angui L. Air damper with Controlling Capacity Unrelated to duct system resistance. Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 43. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.102388.Shihao W., Ran G., Hongming G., Haimeng L., Meng W., Sikai Z., Angui L. Air damper with control capacity not related to the duct system resistance. Journal of Structural Engineering. 2021;43. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.102388.Busu N.A., Isa M.A., Hariri A., Hussein M. Air damper effect on temperature and airflow distribution in enhancing thermal comfort performance. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2022. Vol. 100 (1). Pp. 152-164. DOI: 10.37934/arfmts.100.1.152164Busu N.A., Isa M.A., Hariri A., Hussain M. Effect of Air Damper on Temperature and Airflow Distribution to Enhance Thermal Comfort Performance. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2022;100(1):152-164. DOI: 10.37934/arfmts.100.1.152164Rasuo B., Dinulovic M., Trninic M., et.al. A study of aerodynamic noise in air duct systems with turning vanes. FME Transaction. 2021. Vol. 49(2). Pp. 308-314. DOI: 10.5937/fme2102308RRasuo B., Dinulovic M., Trninic M., et.al. Investigation of Aerodynamic Noise in Turning Vane Duct Systems. FME Transaction. 2021;49(2):308-314. DOI: 10.5937/fme2102308RWang H., Zhang R., Luo W. Investigation on characteristics of secondary noise for the duct. Xibei Gongye Daxue Xuebao/Journal of Northwestern Polytechnical University. 2017. Vol. 35(6). Pp.998-1004Wang H., Zhang R., Luo W. Study on Secondary Noise Characteristics for Duct. Xibei Gongge Daxue Xuebao. Journal of the North-West Polytechnic University. 2017;35(6).:998-1004Абрамкина, Д.В. Сравнительный анализ методик акустического расчета дросселирующих устройств / Д.В. Абрамкина, А.О. Иванова, Д.Ф. Карпов, М.В. Павлов, Х.М. Вафаева // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2024. – Т. 51. – № 3. – С. 172–179. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2024-51-3-172-179.Abramkina, D.V. Comparative analysis of the methodology for acoustic calculation of throttling devices / D.V. Abramkina, A.O. Ivanova, D.F. Karpov, M.V. Pavlov, H.M. Vafaeva. Herald of the Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2024;51(3):172 - 179. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2024-51-3-172-179. (In Russ)Borovkov, Alexey & Vafaeva, Khristina Maksudovna & Vatin, Nikolai & Ponyaeva, Irina. (2024). Synergistic Integration of Digital Twins and Neural Networks for Advancing Optimization in the Construction Industry: A Comprehensive Review. Construction Materials and Products. 7. https://doi.org/10.58224/2618-7183-2024-7-4-7.Borovkov Alexey and Vafaeva, Kristina Maksudovna and Vatin, Nikolay and Ponyaeva Irina. (2024). Synergistic Integration of Digital Twins and Neural Networks to Advance Optimization in the Construction Industry: A Comprehensive Review. Construction Materials and Products. 7. https://doi.org/10.58224/2618-7183-2024-7-4-7.Гизатуллин, З.М. Физическое моделирование помехоустойчивости электронных средств при электромагнитном воздействии индустриальных макроисточников / З.М. Гизатуллин, М.Г. Нуриев, Р.М. Гизатуллин // Радиотехника и электроника. – 2018. – Т. 63, № 1. – С. 97–102. – DOI 10.7868/S0033849417010144. – EDN YNJNET.Gizatullin, Z.M. Physical Modeling of Noise Immunity of Electronic Equipment under Electromagnetic Exposure of Industrial Macrosources / Z.M. Gizatullin, M.G. Nuriev, R.M. Gizatullin. Radio Engineering and Electronics. 2018;63(1):97-102. DOI 10.7868/S0033849417010144. - EDN INGNET. (In Russ)Гизатуллин, З.М. Физическое моделирование электромагнитных помех в электронных средствах при воздействии электромагнитных полей высоковольтных линий электропередачи / З.М. Гизатуллин, М.Г. Нуриев, Р.М. Гизатуллин // Электротехника. – 2018. – № 5. – С. 45-48. – EDN YWNYGO.Gizatullin Z.M. Physical modeling of electromagnetic effects in electronic devices under the influence of electromagnetic fields of high-voltage power lines / Z.M. Gizatullin, M.G. Nuriev, R.M. Gizatullin // Electrical engineering. 2018; 5: 45-48. - EDN YVNIGO. (In Russ)Простая методика исследования электромагнитного излучения от электронных средств / З.М. Гизатуллин, М.Г. Нуриев, М.С. Шкиндеров, Ф.Р. Назметдинов // Журнал радиоэлектроники. – 2016. – № 9. – С. 7. – EDN XAAFVF.A simple technique for studying electromagnetic radiation from electronic devices / Z.M. Gizatullin, M.G. Nuriev, M.S. Shkinderov, F.R. Nazmetdinov. Journal of Radio Electronics. 2016;9:7. - EDN XAAFVF. (In Russ)Гибадуллин, Р.Ф. Анализ параметров промышленных сетей с применением нейросетевой обработки / Р.Ф. Гибадуллин, Д.В. Лекомцев, М.Ю. Перухин // Искусственный интеллект и принятие решений. – 2020. – № 1. – С. 80-87. – DOI 10.14357/20718594200108. – EDN EKNKRS.Gibadullin R.F. Analysis of industrial network parameters using neural network processing. R.F. Gibadullin D.V. Lekomtsev, M.Yu. Peruhin. Artificial Intelligence and Decision Making. 2020;1:80- 87. - DOI 10.14357/20718594200108. - EDN EKNKRS. (In Russ)Разработка аппаратно-программного модуля обнаружения объектов для встраиваемых систем / Р.Ф. Гибадуллин, И.Н. Смирнов, Н.В. Хевронин [и др.]//Вестник Технологического университета. – 2018. – Т. 21, № 6. – С. 118-122. – EDN XUALTF.Development of a hardware and software module for object detection for embedded systems / R.F. Gibadullin I.N. Smirnov, N.V. Hevronin [et al.] Bulletin of the Technological University. 2018; 21(6): 118-122. - EDN XUALTF. (In Russ)Гибадуллин, Р.Ф. Построение сети на основе технологии GPON / Р.Ф. Гибадуллин, А.П. Никитин, М.Ю. Перухин // Вестник Технологического университета. – 2017. – Т. 20, № 5. – С. 104-108. – EDN YHEHLV.Gibadullin, R.F. Building a network based on GPON technology / R.F. Gibadullin, A.P. Nikitin, M.Yu. Peruhin. Bulletin of the Technological University. 2017; 20( 5.): 104-108. - EDN YHEHLV. (In Russ)Trninic M., Rasuo B., Dinulovic M. Air duct modification towards outlet pressure drop and vibration level reduction. 2020. Tehnika. Vol. 75(4). Pp. 457-466. DOI: 10.5937/tehnika2004457TTrninic M., Rasuo B., Dinulovic M. Air duct modification towards outlet pressure drop and vibration level reduction. Tehnika. 2020;75(4): 457-466. DOI: 10.5937/Tehnika2004457TNering K., Nering K. Validation of Modified Algebraic Model during Transitional Flow in HVAC Duct. Energies. 2021. Vol. 14. No 3975 DOI: 10.3390/en14133975Nering K., Nering K. Validation of Modified Algebraic Model during Transitional Flow in HVAC Duct. Energies. 2021; 14: 3975 DOI: 10.3390/en14133975Lucic M. Design and CFD simulation of the exhaust manifold of the Formula Student vehicle. International Scientific Journal "Machines. Technologies. Materials". 2023. Iss. 2. Pp. 54-57Lucic M. Design and CFD simulation of the exhaust manifold of the Formula Student vehicle. International Scientific Journal "Machines. Technologies. Materials". 2023; 2: 54-57Zekic S., Gomez-Agustina L., Aygun H., Chaer I. Measurement methods of acoustics properties for alternative ventilation ducts. Inter Noise 2020. Seoul 23 - 26 Aug 2020 International Institute of Noise Control Engineering.Zekic S., Gomez-Agustina L., Aygun H., Chaer I. Measurement methods of acoustics properties for alternative ventilation ducts. Inter Noise 2020. Seoul 23 - 26 Aug 2020 International Institute of Noise Control Engineering.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.