Анализ формирования воздушных потоков в сопловом клапане

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.

1. Лешко М.Ю. К вопросу шумообразования дросселирующих устройств. Вестник МГСУ. 2011. № 3. С. 82–86.

2. 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.12861

3. Meira 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.EPT20-0063

4. Geyer 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.919292

5. Kopania 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.2023.1192

6. Kopania 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.0860-6897.2022.3.13

7. Skorik 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/913/4/042043

8. Nering 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/960/2/022033

9. Kopania 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.2023.1192

10. Kapre 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.

11. 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.

12. 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.2022.109223

13. Shihao 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.

14. 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.100.1.152164

15. Rasuo 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/fme2102308R

16. Wang 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.998-1004

17. Абрамкина, 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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/tehnika2004457T

26. Nering K., Nering K. Validation of Modified Algebraic Model during Transitional Flow in HVAC Duct. Energies. 2021. Vol. 14. No 3975 DOI: 10.3390/en14133975

27. Lucic M. Design and CFD simulation of the exhaust manifold of the Formula Student vehicle. International Scientific Journal "Machines. Technologies. Materials". 2023. Iss. 2. Pp. 54-57

28. 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.