МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОБОДНОКОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ С ТЕПЛОВЫМ ПОБУЖДЕНИЕМ

Цель. Главной целью исследования является анализ влияния конструкции и способов  подогрева вентиляционного канала системы с тепловым побуждением на формирование свободных конвективных течений воздуха в нем.

Метод. Исследование свободной конвекции в условиях внутренней задачи проводилось с  помощью программного обеспечения CFD, основанного на методе конечного объема с  неструктурированной сеткой. В качестве расчетного инструмента исследования  использовалась программа AnsysFluent, имеющая высокий уровень сходимости численных  решений и натурных измерений конвективных течений. Для оценки достоверности  полученных результатов используется процедура валидации, которая позволяет определить, насколько точно выбранная концептуальная модель описывает  исследуемое течение путем сравнения экспериментальных и численных данных.

Результат. В статье представлены результаты численного моделирования  свободноконвективных потоков, возникающих в нагреваемом канале системы вентиляции  последнего этажа многоэтажного жилого здания. В ходе исследования были выявлены  зависимости скорости движения воздуха на входе в вентиляционный канал от расчетной  разницы температур θ,˚C при различных способах нагрева. При расчетной разнице  температур > 20 °С наблюдается постепенное увеличение расхождения результатов  численного моделирования и эксперимента. Данное явление связано с тем, что при  увеличении температуры кабеля достичь равномерного прогрева вентиляционного канала в  реальных условиях достаточно трудно, что особенно заметно при рассмотрении варианта с  нагревом вертикальной части воздуховода и отвода. При этом максимальное отклонение полученных результатов составляет 4,4%. Представленные профили скоростей в расчетных сечениях показывают влияние вентиляционного отвода на характер движения потоков воздуха.

Вывод. Одним из недостатков существующих систем естественной вентиляции жилых  зданий является низкая эффективность работы в теплый и переходный периоды года,  особенно в помещениях санитарных узлов. Применение теплового побуждения с вертикальным подогревом вентиляционного канала совместно с отводом позволяет  обеспечить стабильный воздухообмен в помещениях.

1. Ватин Н.И. Системы вентиляции жилых помещений многоквартирных домов: учебное пособие. / Н.И. Ватин, Т.В. Самопляс. – Спб.: Изд. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2004. – 66 с.

2. Ливчак И.Ф. Вентиляция многоэтажных жилых зданий / И.Ф. Ливчак, А.Л. Наумов. - М.: АВОК-Пресс, 2005. – 133 с.

3. CIBSE - Mixed mode ventilation: CIBSE applications manual AM 13. - London: Chartered Institution of Building Services Engineers, 2000. – 77p.

4. Бобровицкий И.И., Шилкин Н.В. Гибридная вентиляция в многоэтажных жилых зданиях. / И.И. Бобровицкий, Н.В. Шилкин // АВОК – 2003. - №10. – с. 16-27. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4573

5. T. van Hooff. A venturi-shaped roof for wind-induced natural ventilation of buildings: wind tunnel and CFD evaluation of different design configurations. / T. van Hooff, B. Blocken, L. Aanen, B. Bronsema // n Building and Environment – 2011. - № 46. – p. 1797-1807.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132311000576

6. Kleiven T. Natural ventilation in buildings: architectural concepts, consequences and possibilities: PhD thesis / Tommy Kleiven – Norwegian University of Science and Technology, 2003. – 305 p. https://www.researchgate.net/profile/Tommy_Kleiven/publication/267243303_Natural_Ventilation_in_Buildings_Architectural_concepts_consequences_and_possibilities/links/544e3c7d0cf26dda088e9459/Natural-Ventilationin-Buildings-Architectural-concepts-consequences-and-possibilities.pdf

7. Харитонов В.П. Естественная вентиляция с побуждением / В.П. Харитонов // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика (АВОК) – 2006. - №3. – с. 46-55.https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3201

8. Bansal N.K. Solar chimney for enhanced stack ventilation / N.K. Bansal, R. Mathur, M. Bhandari // Building and environment – 1993 – V. 28. № 3. – p. 373-377.

9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0360132393900422

10. Hirunlabh J. New configurations of a roof solar collector maximizing natural ventilation / J. Hirunlabh, S. Wachirapuwadon, N. Pratinthong, J. Khedari// Building and Environment – 2001. - Vol. 36 - №. 3. - p. 383-391. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132300000160

11. Lal S. Solar chimney: a sustainable approach for ventilation and building space conditioning / S. Lal, S.C. Kaushik, P.K. Bhargav // International Journal of Development and Sustainability – 2013. – Vol.2 - № 1. – p. 277-279 https://isdsnet.com/ijds-v2n1-20.pdf

12. Tongbai P. Enhancement of roof solar chimney performance for building ventilation / P. Tongbai, T. Chitsomboon // Journal of power and energy engineering – 2014. - №2. – p. 22- 29. https://file.scirp.org/pdf/JPEE_2014060916330973.pdf

13. Рымаров А.Г., Абрамкина Д.В. Системы естественной вентиляции с тепловым побуждением / А.Г. Рымаров, Д.В. Абрамкина// Научное обозрение – 2016. №9 – с. 43- 46. https://elibrary.ru/item.asp?id=26206445

14. Малявина Е.Г., Китайцева Е.Х. Естественная вентиляция жилых зданий / Е.Г. Малявина, Е.Х. Китайцева //Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика (АВОК) – 1999. - № 3. – с. 35-43. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=67

15. Остроумов Г.А. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи / Г.А. Остроумов. – М.-Л.: ГИТТЛ, 1952. – 286 с.

16. Гершуни Г.З. Устойчивость конвективных течений / Г.З. Грешуни, Е.М. Жуховицкий, А.А. Непомнящий. – М: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. – 320 с.

17. Варапаев В.Н. Математическое моделирование задач внутренней аэродинамики и теплообмена зданий / В.Н. Варапаев, Е.Х. Китайцева. – М.: Изд. СГА, 2008. – 337 с.

18. Кузнецов Г.В. Естественная конвекция в замкнутом параллелепипеде при наличии локального источника энергии. / Г.В. Кузнецов, В.И. Максимов, М.А. Шеремет // Прикладная механика и техническая физика – 2013 – Т. 54 № 4. – с. 86-95. http://www.sibran.ru/upload/iblock/3a3/3a3fe0339a7a2861ffedf697d79a4e8f.pdf

19. Obula Reddy Kummitha, Pandey K.M. Experimental and numerical analysis of forced convection heat transfer in turbulent flows / Obula Reddy Kummitha, K.M. Pandey // Procedia Engineering – 2015. - №127. – p. 711-718. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705815037352

20. Труфанова Н.М., Навалихина Е.Ю., Марковский М.В. Математическое моделирование нестационарных процессов тепломассопереноса в прямоугольном кабельном канале. / Н.М. Труфанова, Е.Ю. Навалихина, М.В. Марковский // ВЕСТНИК ПНИПУ – 2014. - № 11. – с. 55-66. https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-estestvennoy-i- vynuzhdennoy-ventilyatsii-na-protsessy-protekayuschiev-kabelnom-kanale

21. Справочное пособие к СНиП 2.08.01-89. Отопление и вентиляция жилых зданий. – М.: Стройиздат, 1990. - 19с.

22. Харитонов А.М. О верификации и валидации моделей и методов численного моделирования пространственных течений. / А.М. Харитонов // Международная конференция «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика», Новосибирск, 30 мая – 4 июня 2011 г. – 2011. – с.1-7.