Simulering Af Renrumsventilation
Case - Simulering af renrumsventilation
Dette casestudie viser, hvordan Aerotak kan simulere og bestemme strømningsfeltet i et renrum og i den forbindelse bestemme recirkulationshastigheden og opholdstiden af luften.
Formål
Formålet med simuleringen er at opnå en præcis forudsigelse og visualisering af de områder med længst opholdstid og mindst udskiftning af luft i renrummet. Der stilles krav til ventilationssystemet om, at det skal kunne udskifte al luft i renrummet inden for 1000 sekunder.
Simuleringsopsætning
For at bestemme luftstrømningen i renrummet opstilles et fuldskala-domæne bestående af tre separate rum med en loftshøjde på 2,5 meter. Forenklet inventar såsom døre, skabe, borde og aftræk tilføjes til renrummet. Det simplificerede renrum er vist i højre side af Figur 1. Hvert loftaftræk (markeret med rødt) tildeles en volumenstrøm på 400 kubikmeter luft i timen, hvilket svarer til en teoretisk nominel luftudskiftningsrate på 17 gange i timen. For at simulere den faktiske adfærd af luften gennem aftrækkene tilføjes en vis mængde rotation til luftens indstrømning.
En k-omega SST-turbulensmodel benyttes til at simulere blandingen af frisk og gammel luft. Under antagelse af steady-state-forhold og et mesh på 2,9 millioner celler opnås et fuldt udviklet flow til videre databehandling og analyse på nogle få timers simuleringstid.
Figure 1
Resultater
Resultaterne af simuleringen er præsenteret nedenfor. For at kunne bestemme og undersøge områder med begrænset udskiftning af luften, spores en passiv skalar samt masseløse partikler med strømningen fra loftaftrækkene til udløbene langs gulvet. Hastigheder på op til 2,3 m/s observeres nær aftrækkene, som indikeret på figur 2, hvor hastighedsfeltet er visualiseret med en linjeintegrerings- og matematisk foldningsteknik.
Koncentrationen af den passive skalar er visualiseret i animation 1 med en isooverflade af en passiv skalarværdi på 0,95. Områder af renrummet, der ikke er omsluttet af den farvede isooverflade, indeholder mere end 95% ren luft, mens områder markeret med blot indeholder 0% ren luft.
Figur 4 viser resterne af isooverfladen efter 1000 sekunders ventilation. På trods af en sikkerhedsfaktor på 4,5 i bestemmelsen af volumestrømmen af frisk luft gennem luftaftrækkene kan ventilationssystemet ikke leve op til det opstillede krav. Således skal ventilationssystemet skaleres op, eller dets layout i renrummet forbedres for at leve op til kravet, forbedringer, der er mulige med den unikke information, som CFD-simuleringen giver.
Figure 2
Figure 3
Figure 4
Sporing af masseløse partikler er et vigtigt værktøj i forbindelse med bestemmelsen af komplekse strømningsforhold i steady-state-simuleringer som denne. Visualiseringen nedenfor viser, hvordan den friske luft cirkuleres rundt i det næststørste rum. Partiklernes farve afhænger af deres opholdstid.
Animation 1: Simulering af luftens opholdstid i renrummet. Opholdstiden visualiseres med en ISO overflade.
Animation 2: Visualisering af partikelbaner i indgangssektionen til renrummet.
Ventilationen af luft i et renrum med inventar er simuleret af Aerotak til bestemmelse af komplekse strømningsforhold og områder med begrænset udskiftning af luft. Simuleringsopsætningen og teknikken kan anvendes til alt lige fra at forbedre effektiviteten af ventilationssystemet i et renrum til at evaluere den termiske komfort for fodgængere i det urbane miljø. Den lave omkostning forbundet med at udføre simuleringen gør det muligt for CFD-værktøjet at benyttes i både tidlige og sene stadier af designfasen, for eksempel til at sikre kvaliteten og robustheden af et renrums drift.
For mere information kontakt:
Henrik Mikkelsen
Partner & Senior Fluid Mechanics Specialist
Phone: +45 23 80 28 09
Mail: hem@aerotak.dk