Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
Системы HVAC делают больше, чем просто обеспечивают плавный, охлажденный воздух, который течет, когда температура снаружи повышается. В этих системах воздух проходит через фильтры, чтобы обеспечить высокое качество воздуха. Когда на карту поставлен чистый воздух, моделирование и симуляция могут быть использованы для более глубокого понимания физики поведения воздуха при его движении через фильтр…
Моделирование воздушного фильтра
В фильтрах систем отопления, вентиляции и кондиционирования используется материал (часто стекловолокно или хлопковые складки), способный фильтровать воздух и улавливать такие частицы, как пыль, пыльца и бактерии. Эти материалы воздействуют на поток воздуха, улавливая нежелательные частицы и одновременно пропуская отфильтрованный воздух. Моделирование этих устройств и турбулентного потока, который они создают, позволяет определить эффективность различных материалов, когда они используются для фильтров, помогая дизайнерам сузить выбор материалов, прежде чем инвестировать в реальные экспериментальные версии.
В этом сообщении блога в качестве примера мы рассмотрим обычную геометрию воздушного фильтра (показанную ниже).
Геометрия модели, показывающая впускную секцию и более длинную выпускную секцию с фильтром, расположенным между ними. Геометрия фильтра более плотная, чем открытые области жидкости.
Моделирование этого воздушного фильтра начинается с модуля CFD, дополнительного продукта к COMSOL Multiphysical.® программное обеспечение, которое позволяет пользователям создавать модели турбулентности Навье – Стокса (RANS), усредненные по Рейнольдсу, в открытых и пористых областях. В этом примере воздушный фильтр моделируется как высокопористая область, 90% материала которой занято цилиндрическими порами диаметром 0,1 мм. Опора воздушного фильтра представлена рамой с противоскользящими стенками. Для этого примера мы использовали Турбулентный поток, k-ω интерфейс из-за его точности для моделей со многими стенками, в том числе с противоскользящими стенками. (Подробное описание настройки модели можно найти в документации модели, доступ к которой можно получить, нажав кнопку в конце этого сообщения в блоге.)
Оценка результатов
Решение модели позволяет визуализировать изменение турбулентности, скорости и давления по мере движения воздуха к фильтру, через него и мимо него. Вычисление начинается с движения воздуха к фильтру (фиолетовому на изображении ниже). Когда воздух проходит через фильтр, межтканевая скорость увеличивается (хотя усредненная по порам скорость остается постоянной), что приводит к увеличению кинетической энергии турбулентности. Кроме того, происходит резкое падение давления из-за увеличения скорости и увеличения потерь на трение и давление, которые возникают из-за большого количества поверхностей стенок. Что касается поведения воздуха при удалении от фильтра, рамка фильтра препятствует свободному движению воздуха, вместо этого вызывая воздушные следы вниз по потоку.
Давление значительно снижается через пористый воздушный фильтр.
Визуализация воздуха, проходящего через фильтр, может быть использована для вывода о том, удалит ли фильтр загрязнения из воздуха. Чтобы подтвердить этот вывод, решение можно оценить с помощью различных срезов. Один из графиков срезов для этого примера показывает, что на скорость воздуха больше всего влияют пористый воздушный фильтр и рама, и что он гомогенизируется в зоне следа. Срезовой график измерения кинетической энергии турбулентности показывает, что кинетическая энергия турбулентности заметно достигает максимума внутри фильтра и достигает типичных значений на противоскользящих стенках.
В целом модель указывает на падение давления и резкое увеличение турбулентности внутри фильтра, создавая возмущения скорости, перпендикулярные основному направлению потока, что также увеличивает вероятность того, что частицы столкнутся со стенками пор и останутся там. Другими словами, увеличение турбулентности обеспечивает перемешивание, необходимое для фильтрации нежелательных частиц, которые в противном случае могли бы беспрепятственно проходить через поры.
Срезовой график, показывающий кинетическую энергию турбулентности. Уровень турбулентности в пористом воздушном фильтре значительно выше, чем в набегающем потоке или вблизи стенок воздуховода.
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.