ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕМПЕРАТУРНОГО РОЗПОДІЛУ ЗА ДОПОМОГОЮ ЗАКРУЧЕНОГО ПОВІТРЯНОГО СТРУМЕНЯ
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2025-14-103-109Ключові слова:
аеродинаміка, турбулентні потоки, закручений струмінь, температура, надлишкова температура, коефіцієнт затухання температури.Анотація
Ефективне керування тепловими процесами в повітряних потоках є важливою умовою підвищення енергоефективності вентиляційних і теплотехнічних систем. Метою дослідження є аналіз процесів зниження надлишкової температури в ізотермічному вільному закрученому повітряному струмені з подальшим удосконаленням підходів до регулювання теплових характеристик потоку. Актуальність роботи зумовлена потребою підвищення енергоефективності вентиляційних систем та теплотехнічного обладнання шляхом оптимізації температурних полів. Основне завдання полягало в аналізі процесів теплового згасання, обчисленні відповідного коефіцієнта та побудові температурних профілів у поперечних перерізах струменя. Для спрощення математичного опису введено коефіцієнт затухання температури, що дозволяє більш наочно оцінити динаміку теплового розсіювання. Здійснено кількісне дослідження розподілу осьових температур, побудовано графіки залежностей та визначено характер змін у різних зонах струменя. Запропоновано ефективний спосіб обчислення відносних температурних значень у довільних поперечних перерізах. Для врахування впливу гравітаційної сили на розвиток термічного поля застосовано безрозмірний критерій Архімеда. Температурні розподіли в струмені описано на основі узагальненої аналітичної моделі, аналогічної моделі Шліхтінга, адаптованої до теплових задач. Результати дослідження подано у вигляді узагальнених графічних залежностей та формул із поправочними коефіцієнтами. Виконано зіставлення експериментальних спостережень з результатами аналітичного моделювання, що засвідчило високу відповідність між отриманими даними та теоретичними передбаченнями. Проведений аналіз також охоплює формування турбулентних теплових структур у процесі охолодження струменя. Показано можливість регулювання температурного профілю шляхом зміни граничних умов та початкових параметрів. Отримані висновки можуть бути ефективно застосовані у проєктуванні вентиляційних систем, теплотехнічного обладнання та енергетичних агрегатів, де критичною є рівномірність розподілу температури в повітряному середовищі. Зазначені результати є підґрунтям для подальшого дослідження нелінійних ефектів теплопередачі в умовах дії зовнішніх збурень та допоможуть розробити алгоритми автоматичного керування мікрокліматом у замкнених просторах.
Посилання
1. Allmaras S.R., Johnson F.T., & Spalart P.R. Modifications and clarifications for the implementation of the spalart-allmaras turbulence model ICCFD7-1902. 7th International Conference on Computational Fluid Dynamics, 2012, Hawaii. https://www.iccfd.org/iccfd7/assets/pdf/papers/ICCFD7-1902_paper.pdf.
2. Dovhaliuk V. et al. Simplified analysis of turbulence intensity in curvilinear wall jets. FME Transactions, 2018. 46. 177–182.
3. Dovhaliuk V., & Mileikovskyi V. New approach for refined efficiency estimation of air exchange organization. International Journal of Engineering and Technology (UAE), 2018. 7(3.2). 591-596. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i3.2.14596.
4. Kapalo P., Sedláková A., Košicanová D., Voznyak O., Lojkovics J., & Siroczki P. Effect of ventilation on indoor environmental quality in buildings. The 9th International Conference “Environmental Engineering”, 2014, Vilnius, Lithuania. http://enviro2014.vgtu.lt/Articles/6/265_Kapalo.pdf.
5. Lorin E., Benhajali A., & Soulaimani A. Positivity Preserving Finite Element-Finite Volume Solver for The Spalart-Allmaras Turbulence Model. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2007. Vol. 196, No 17–20 2097–2116. https://doi.org/10.1016/j.cma.2006.10.009.
6. Kapalo P., Vilceková S., Domnita F., Bacotiu C., & Voznyak O. Determining the Ventilation Rate inside an Apartment House on the Basis of Measured Carbon Dioxide Concentrations. The 10-th International Conference “Environmental Engineering”, 2017, Vilnius, Lithuania, Selected Papers, 30 – 35. https://doi.org/10.3846/enviro. 2017.262.
7. Kapalo P., Vilcekova S., & Voznyak O. Using experimental measurements the concentrations of carbon dioxide for determining the intensity of ventilation in the rooms. Chemical Engineering Transactions, 2014. 39. 1789–1794. https://www.aidic.it/cet/14/39/299.pdf.
8. Andersson H., Cehlin M., & Moshfegh B. Experimental and numerical investigations of a new ventilation supply device based on confluent jets. Building and Environment, 2018. Vol. 137. 18–33. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.03.038.
9. Bin Z., Xianting L., Qisen Y.Zh. A simplified system for indoor airflow simulation. Building and Environment, 2003. Vol. 38. 543–552. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360132302001828.
10. Gumen O., Dovhaliuk V., & Mileikovskyi V. Geometric representation of turbulent macrostructure in 3D jets, ICGG 2018, Proceedings of the 18-th International Conference on Geometry and Graphics, 2019, 739-745. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95588-9_61.
11. Gumen O. et al. Geometric analysis of turbulent macrostructure in jets laid on flat surfaces for turbulence intensity calculation. FME Transaction, 2017. 45. 236-242. https://doi.org/10.5937/fmet1702236G.
12. Janbakhsh S., & Moshfegh B. Experimental investigation of a ventilation system based on wall confluent jets. Building and Environment, 2014. Vol. 80. 18-31. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.05.011.
13. Rumsey C.L., & Spalart P.R. Turbulence Model Behavior in Low Reynolds Number Regions of Aerodynamic Flowfields. AIAA Journal, 2009. Vol. 47. No. 4. 982–993. https://doi.org/10.2514/1.39947.
14. Srebric J., & Chen Q. Simplified Numerical Models for Complex Air Supply Diffusers. HVAC&R Research, 2002. 8(3). 277–294. https://doi.org/10.1080/10789669.2002.10391442.
15. Voznyak О., Korbut V., Davydenko B., & Sukholova І. Air distribution efficiency in a room by a two-flow device. Springer, Proceedings of CEE 2019. Advances in Resourse-saving Technologies and Materials in Civil and Environmental Engineering, 2019. Vol. 47. 526–533. https://doi.org/10.1007/978-3-030-27011-7_67.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
