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HVAC 시스템은 외부 온도가 상승할 때 흐르는 부드럽고 차가운 공기를 제공하는 것 이상의 역할을 합니다. 이러한 시스템 내에서 공기는 필터를 통해 이동하여 높은 공기 품질을 보장합니다. 깨끗한 공기가 위태로워지면 모델링과 시뮬레이션을 사용하여 공기가 필터를 통과할 때 공기의 거동 뒤에 있는 물리학을 심층적으로 이해할 수 있습니다.
공기 필터 모델링
HVAC 시스템 내의 필터는 공기를 변형시키고 먼지, 꽃가루, 박테리아와 같은 미립자를 걸러낼 수 있는 재료(종종 유리 섬유 또는 면으로 접힌 부분)를 사용합니다. 이러한 물질은 공기의 흐름에 영향을 주어 원치 않는 미립자를 잡아내는 동시에 필터링된 공기가 흐르도록 합니다. 이러한 장치와 장치가 유발하는 난류를 모델링하면 필터에 사용될 때 다양한 재료의 효율성을 결정할 수 있으므로 설계자가 실제 실험 버전에 투자하기 전에 재료 옵션을 좁힐 수 있습니다.
이 블로그 게시물에서는 일반적인 공기 필터 형상(아래 표시)을 예로 살펴보겠습니다.
필터가 사이에 배치된 입구 섹션과 더 긴 출구 섹션을 보여주는 모델 형상입니다. 필터 형상은 개방형 유체 도메인보다 더 조밀하게 메시되어 있습니다.
이 공기 필터 모델링은 COMSOL Multiphysics의 추가 제품인 CFD 모듈로 시작됩니다.® 사용자가 개방형 및 다공성 영역에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 난류 모델을 생성할 수 있는 소프트웨어입니다. 이 예에서 공기 필터는 직경 0.1mm의 원통형 기공이 재료의 90%를 차지하는 다공성 영역으로 모델링됩니다. 공기 필터의 지지대는 미끄럼 방지 벽이 있는 프레임으로 표현됩니다. 이 예에서는 난류, k-Ω 미끄럼 방지 벽을 포함하여 벽이 많은 모델에 대한 정확성으로 인해 인터페이스가 가능합니다. (모델 설정에 대한 자세한 내용은 이 블로그 게시물 끝에 있는 버튼을 통해 액세스할 수 있는 모델 문서에서 찾을 수 있습니다.)
결과 평가
모델을 해석하면 공기가 필터를 향해 이동하고 필터를 통과하며 지나갈 때 난류, 속도 및 압력의 변화를 시각화할 수 있습니다. 계산은 공기가 필터(아래 이미지에서 보라색)를 향해 이동하면서 시작됩니다. 공기가 필터를 통과하면 틈새 속도가 증가하여(다공성 평균 속도는 일정하게 유지됨) 난류 운동 에너지가 증가합니다. 또한, 벽 표면의 수가 많아 속도 증가와 마찰 및 압력 손실 증가로 인해 급격한 압력 강하가 발생합니다. 공기가 필터에서 멀어질 때 필터의 프레임은 공기가 자유롭게 움직이는 것을 방지하고 대신 공기의 하류 후류를 유발합니다.
다공성 공기 필터 전체에서 압력이 크게 감소합니다.
필터를 통해 이동하는 공기의 시각화를 사용하여 필터가 공기에서 오염 물질을 제거하는지 여부를 결론을 내릴 수 있습니다. 이 결론을 확인하기 위해 다양한 슬라이스 플롯을 사용하여 솔루션을 평가할 수 있습니다. 이 예의 슬라이스 플롯 중 하나는 공기의 속도가 다공성 공기 필터와 프레임의 영향을 가장 많이 받고 후류 영역을 통해 균질화된다는 것을 나타냅니다. 난류 운동 에너지를 측정하는 슬라이스 플롯은 난류 운동 에너지가 필터 내에서 눈에 띄게 정점에 도달하고 미끄럼 방지 벽에서 일반적인 값에 도달함을 보여줍니다.
일반적으로 모델은 압력 강하와 필터 내 난류의 급격한 증가를 지적하며, 이는 흐름의 주요 방향에 수직인 속도의 섭동을 생성하여 입자가 기공 벽과 충돌하여 그곳에 머무를 확률도 증가시킵니다. 즉, 난류의 증가는 원치 않는 미립자를 필터링하는 데 필요한 혼합을 제공합니다. 그렇지 않으면 방해받지 않고 기공을 통해 흐를 것입니다.
난류 운동 에너지를 보여주는 슬라이스 플롯입니다. 난류 수준은 자유 흐름이나 덕트 벽 근처보다 다공성 공기 필터에서 훨씬 더 높습니다.
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