Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние исследований по моделированию процессов тепло- массообмена в помещениях 10
1.1 .Обзор моделей турбулентности 10
1.2. Анализ численных методов решения уравнений гидродинамики 19
1.3 . Анализ работ по изучению процессов тепло - массопереноса в помещениях 27
2. Численная модель турбулентного конвективного движения несжимаемой вязкой жидкости 36
2.1 .Уравнения движения 36
2.2.Основные разностные уравнения 43
2.3.Расчет поля течения по алгоритму "SIMPLE" 53
2.4. Решение алгебраических уравнений SIP-методом 56
2.5.Численное решение тестовых задач 58
3. Математическое моделирование свободноконвективного теплообмена в помещении с тепловым источником 70
3.1.Постановка задачи 70
3.2. Некоторые результаты моделирования 71
3.3 .Влияние определяющих параметров 76
3.4.Интегральные параметры 86
3.5.Выводы 90
4. Численное исследование процесса принудительного воздухообмена в помещении 91
4.1. Постановка задачи 91
4.2.Некоторые результаты моделирования изотермического воздухообмена 93
4.3. Некоторые результаты моделирования неизотермического воздухообмена 97
4 4.Влияние определяющих параметров 103
4.5.Интегральные параметры 113
4.6.Теплообмен при неизотермическом течении воздуха 117
4.7.Выводы 120
Заключение 122
Литература 124
- Анализ работ по изучению процессов тепло - массопереноса в помещениях
- Решение алгебраических уравнений SIP-методом
- Некоторые результаты моделирования
- Некоторые результаты моделирования неизотермического воздухообмена
Введение к работе
Актуальность проблемы. Процессы конвективного тепловоздухооб-мена играют важную роль во многих природных явлениях и технологических процессах. Одним из практических приложений конвективного течения воздуха может являться вентилирование помещений, при котором процессы конвективного переноса играют определяющую роль. Здоровье, работоспособность, самочувствие человека в значительной степени определяются экологией воздушной среды помещений. Высокие требования к качеству внутренних "климатических" условий помещений предъявляются также и в сфере ряда высокотехнологичных производств (в микроэлектронике, фармацевтике и др.). Скорость воздушных потоков и их направленность, температура среды и ее градиенты, наличие в газе пылевых частиц - далеко не полный перечень факторов, которые могут существенно повлиять на качество производимой продукции и самочувствие человека.
В связи с вышеизложенным, создание необходимого микроклимата в помещениях является важной и актуальной проблемой, которая может быть успешно решена на основе повышения эффективности и экономичности сие темы вентиляции. Для решения этой проблемы уже на стадии проектирования необходима достаточно точная информация о зависимости параметров воздушной среды в вентилируемом помещении от тех или иных характеристик системы. Вследствие того, что течение воздуха в помещении является трехмерным, турбулентным, неизотермическим, а геометрия помещения имеет достаточно сложный вид, необходимая информация может быть получена только благодаря применению методов математического моделирования.
Существующие инженерные методики расчета воздухообмена не вес гда позволяют спроектировать эффективную систему вентилирования помещений, ввиду использования априорных осредненных параметров. В отличие от таких методик, методы вычислительной гидродинамики дают возмож*-
ность получения не только осредненной, но и локальной информации о характеристиках воздушного режима помещений. В то же время, большинство работ по математическому моделированию процесса тепловоздухообмена в помещениях направлены на решение весьма конкретных производственных задач со сложной геометрией помещения, наличием технологического оборудования и др. Актуальной проблемой является установление общих закономерностей протекания аэродинамических и тепловых процессов в модельных помещениях с простой геометрией.
Целью работы является численное исследование стационарных трехмерных турбулентных естественноконвективных и принудительных изотермических/неизотермических течений воздуха в параллелепипеде, моделирующем помещение; анализ определяющих параметров потока и помещения на структуру безразмерных физических полей и интегральные характеристики внутренней воздушной среды.
Научная новизна. Исследован процесс свободноконвективного тепло-воздухообмена в помещении с источником тепла; изучены структуры конвективных течений в зависимости от размеров помещения, числа Грасгофа, положения теплового источника на нижней грани; выполнен анализ влияния основных безразмерных параметров на значения максимальных и средних скоростей, а также температур среды в "рабочей зоне" помещения.
Проведен численный анализ процесса принудительного изотермического движения газа в помещении с неподвижным непроницаемым препятствием; описана структура воздушного потока для ряда схем подвода и отвода воздуха в зависимости от числа Рейнольдса и высоты препятствия; изучено влияние параметров задачи на структуру течений, а также на максимальные и средние скорости движения среды в "рабочей зоне" помещения. В случае неизотермического принудительного движения среды исследовано влияние температуры поверхности препятствия на поле скорости вентиляционного течения, а также воздействие параметров задачи на процесс теплоотдачи.
Практическая значимость. Создан вычислительный комплекс для расчета трехмерных стационарных и нестационарных ламинарных и турбулентных изотермических и неизотермических течений несжимаемых вязких газов в помещениях, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда или куба. Получены расчетные зависимости безразмерных интегральных характеристик воздушной среды помещений от определяющих параметров задачи. Разработанный вычислительный комплекс и результаты численного моделирования используются в учебных процессах Тюменского госуниверситета и Тюменской государственной архитектурно - строительной академии.
Достоверность результатов работы обусловлена применением фундаментальных физических законов, корректностью математических постановок задач и подтверждается сопоставлением тестовых численных расчетов с известными аналитическими, а также численными и экспериментальными результатами других авторов.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на объединенных семинарах кафедр физики и 'Теп-логазоснабжение и вентиляция" Тюменской государственной архитектурно -строительной академии (Тюмень, 2001-2003 г.), на Межотраслевом научном и методологическом семинаре "Теплофизика, гидрогазодинамика, теплотехника" под руководством профессора А.Б. Шабарова (Тюмень, 2003 г.), на Международной конференции, посвященной 80-летию академика Н.Н. Янен-ко (Новосибирск, 2001 г.), на Третьей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002 г.), на ХШ-й и XIV-й Школах - семинарах молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (Санкт-Петербург, 2001 г., Рыбинск, 2003 г.), а также на 5-й Всероссийской научно-практической конференции "Окружающая среда" (Тюмень, 2002 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ. Слисок 8-ми основных работ приведен в конце диссертации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе диссертации выполнен обзор современного состояния теоретических исследований в области моделирования воздушного и теплового режимов помещений. Рассматриваются модели турбулентности, применяемые для моделирования движения воздуха в помещениях. Обсуждаются схемы аппроксимации дифференциальных уравнений, алгоритмы решения уравнений и систем уравнений при решении задач гидродинамики воздуха в помещениях. Рассмотрен круг задач, решаемых с помощью методов вычислительной гидродинамики»
Во второй главе приводятся уравнения неизотермического турбулентного движения несжимаемой вязкой среды. Подробно описывается процедура дискретизации дифференциальных уравнений движения методом контрольного объема. Рассматриваются метод решения алгебраических уравнений и алгоритм расчета поля течения. Осуществляется проверка правильности работы созданной вычислительной программы путем сопоставления результатов с рядом экспериментальных, численных и аналитических тестовых решений,
В третьей главе излагаются результаты математического моделирования трехмерного стационарного турбулентного свободноконвективного течения газа в замкнутом прямоугольном параллелепипеде, моделирующем помещение. Рассчитаны трехмерные безразмерные поля скоростей и температур внутри параллелепипеда, а также найдены их средние и максимальные значения в зависимости от определяющих параметров задачи.
В четвертой главе диссертации приводятся результаты численного моделирования вынужденного трехмерного стационарного турбулентного изотермического и неизотермического течения несжимаемого газа в прямоугольном параллелепипеде, моделирующем помещение. Получены трехмерные поля безразмерной скорости внутри параллелепипеда, а также найдены ее средние и максимальные значения в зависимости от определяющих пара-
метров задачи. В случае неизотермического движения среды рассматривается теплоотдача при варьировании параметров задачи.
В заключении приведены основные результаты и выводы диссертационного исследования.
Объем диссертации составляет 136 страниц, включая 46 рисунков и список литературы, содержащий 124 наименования.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему
научному руководителю д.ф.-м.н.? профессору Кутушеву А.Г. за обсуждение результатов, а также за моральную поддержку и теплоту человеческих отношений.
Автор признателен к.ф.-м.н. Пичугину О-Н. и д.ф,-м.н. Родионову СП. за финансовую помощь во время работы над диссертацией, а также за ценные замечания и советы.
Анализ работ по изучению процессов тепло - массопереноса в помещениях
Проводится анализ работ, в которых с помощью методов вычислительной гидродинамики изучаются процессы конвективного тепло - массообмена в различных помещениях. Ввиду ориентированности данной диссертации на численное изучение процессов тепло - воздухообмена в помещениях, следует отметить, что подробный обзор экспериментальных работ выполнен в диссертации Авдеевой Т.П. (2001),
Круг задач внутренней аэродинамики помещений, решаемых с помощью методов математического моделирования, достаточно широк. Ниже рассматриваются основные направления исследований в данной области.
Исследование процесса естественного вентилирования. Механизм свободно-конвективного тепло - воздухообмена является определяющим при естественной вентиляции помещений, при которой движение среды происходит под действием разности плотностей нагретого и охлажденного воздуха. Во многих случаях движение воздуха в помещении вызьгаается перепадом давления с разных сторон здания, что является следствием разных плотностей наружного и внутреннего воздуха.
В работе Gan a G., Awbi Н.В., Croome D.J. (1991), посвященной численному изучению установившейся естественной вентиляции, рассматривается учебная аудитория при наличии тепловыделяющих объемных источников тепла. Результаты расчетов представлены в виде полей скорости и температуры в различных сечениях помещения. Выявлены зоны с неблагоприятными условиями воздушной среды, в которых наблюдается слабое движение и повышенная температура воздуха.
Экспериментальное и численное исследование установившегося ламинарного двухмерного течения воздуха в здании с пассивной вентиляцией проведено в статье Barozzi G.S., Imbabi M.S., Nobile E. et al. (199L). В силу симметричности задачи, рассматривается половина здания. Приведены безразмерные профили скорости и температуры по высоте здания» Сопоставление результатов, полученных численным и экспериментальным путями, показывает их существенное отличие. Необходимо отметить, что авторами моделировался ламинарный режим течения воздуха, хотя при рассматриваемых условиях движение является турбулентным,
В работе Li Y., Fuchs a L., Bai X.S. (1991) с помощью методов математического моделирования рассмотрено свободноконвективное движение воздуха в помещении из двух комнат, соединенных открытым дверным проемом. Результаты моделирования продемонстрированы в виде профилей температуры по высоте помещения- Существенным недостатком данной работы следует назвать отсутствие анализа полученных результатов.
Изучение процесса естественной вентиляции зданий сельскохозяйственного назначения выполнено в цикле работ Lee LB., Short a Т.Н. (2000), Lee LB., Short a Т.Н., Sase S. et at. (2000), В этих работах рассматривается влияние расположения вентиляционных отверстий, а также направления движения и скорости наружного воздуха на тепловой и скоростной режимы внутри помещения. Найдены варианты, соответствующие наиболее оптимальным схемам воздухообмена.
Исследование процессов принудительного вентилирования. Достаточно обширен круг работ, в которых на основе методов вычислительной гидродинамики, рассматриваются процессы вынужденной и смешанной конвекции в помещениях. Такие процессы имеют место, когда движение воздушной среды внутри помещения происходит под действием приложенных внешних сил (например, вентилятора)»
Изучение вытеснительной вентиляции помещений. Одним из способов организации принудительного воздухообмена в помещении является вытес-нительная вентиляция, при которой холодный воздух подается в нижнюю часть помещения, а теплый (от источников тепла) отбирается из верхней части.
В работе Аксенова А.А., Гудзовского А.В. (1994), вытеснительная вентиляция численно изучается на основе маломасштабной модели помещения, представляющей собой заполненую водой трехмерную полость. Источник тепла располагается в центре нижней грани. Результаты расчетов представлены в виде векторных полей скорости и температуры. Анализируется влияние мощности теплового источника на вертикальный профиль температуры над ним.
Исследование качества воздушной среды в помещении с источником загрязнения и вытеснительнои вентиляцией осуществляется в статье Peng a S-H., Davidson a L. (1999). Вблизи источника загрязнения рассматривается тепловой источник, который моделирует тепловыделения от человека. Приведены поля в центральном сечении и вертикальные профили величин, характеризующих качество воздуха в помещении,
В публикациях Gan a G. (1994, 1995), Rees a SJM McGuirk a JX3 Haves a P. (2001) рассматривается стационарное решение задачи вытесни-тельного вентилирования офисного помещения с тепловым источником. Результаты счета демонстрируются в виде полей скорости и температуры.
Моделирование иной схемы вытеснительнои вентиляции - с входными отверстиями на нижней, а выходными — на верхней грани выполнено в работе Cook a MJ., Lomas a K.J. (1997). Благодаря такой схеме организации воздухообмена, нагретый воздух восходящего теплового факела увлекается попутным приточным воздухом непосредственно к выходным отверстиям.
Схема вентилирования, при которой подача воздуха осуществляется в верхнюю часть помещения, также активно изучается с привлечением методов математического моделирования. Так, в работе Ретах В.С, Корнеевой Е.Н. (1980) осуществляется численное исследование двумерного неизотермического течения воздуха вблизи входного отверстия в помещении, имеющего форму длинного канала. Показано характерное изменение профилей скорости и температуры в рассматриваемой циркуляционной зоне,
Решение алгебраических уравнений SIP-методом
При расположении источника в центре нижней грани, для различных размеров помещения величина средней скорости в "рабочей зоне находится в довольно узком диапазоне значений от 0.022 до 0.026. Однако в случае нахождения источника возле боковой грани, диапазон значений средней скорости увеличивается от 0.014 до 0.04. При таком расположении теплового источника величина средней скорости воздуха для Ly —1 увеличивается, а для Ц =3 уменьшается.
Обратимся к рис. 3.15, отражающему зависимости максимальной и средней по "рабочей зоне" помещения температур воздуха от параметров i],
Gr, а также расположения источника тепла. Как видно, средняя температура воздуха в "рабочей зоне" уменьшается с увеличением размеров помещения (в данном случае - площади Голодной" поверхности). Рис. 3.15 показывает, что изменение места расположения теплового источника из центра нижней грани к одной из боковых, влечет за собой уменьшение значений максимальной и средней температур среды в "рабочей зоне". Для рассмотренных значений размеров помещения уменьшение, в зависимости от 1 , составляет 15 - 40 %. В результате численного моделирования свободноконвективного теплообмена в помещении с источником тепла можно сделать следующие выводы: 1. Проанализирован процесс конвективного движения в помещении при различных значениях определяющих параметров. Выявлено, что при расположении теплового источника в центре нижней грани, картина течения в помещении имеет торообразный вид. Внутри тора движение воздуха происходит из центральных сечений помещения по спирали к угловым зонам между боковыми гранями. Обнаружено, что в случае расположения источника вблизи одной из боковых граней, конвективное течение среды около верхней грани, преимущественно, направлено к дальней стенке от источника. Установлены значения безразмерных максимальных и средних в "рабочей зоне" помещения скоростей и температур воздуха для различных положений теплового источника, 2. Показано, что при изменении отношения сил плавучести и вязкости (числа Грасгофа), безразмерные поля скорости и температуры, а также средние и максимальные значения этих величин в "рабочей зоне" помещения остаются практически постоянными. 3. Установлено значительное влияние размеров помещения как на поля, так и на средние, максимальные значения скорости и средние значения температуры в "рабочей зоне". С уменьшением размеров происходит перераспределение максимального значения скорости из области восходящего факела над источником в угловые зоны между боковыми гранями. Найдено, что смещение теплового источника из центра нижней грани к боковой приводит к уменьшению средней температуры среды в "рабочей зоне", для рассмотренных значений Li, на 15 -40 %. Приводятся результаты численного моделирования вынужденного трехмерного стационарного турбулентного изотермического и неизотермического течения несжимаемого газа в прямоугольном параллелепипеде, мо-делирующем помещение. Получены трехмерные поля безразмерной скорости внутри параллелепипеда, а также найдены ее средние и максимальные значения в зависимости от определяющих параметров задачи. В случае неизотермического движения среды рассматривается теплоотдача при варьировании параметров задачи.
Имеется помещение в форме куба с теплоизолированными стенами, внутри которого имеется источник тепла в виде неподвижного непроницаемого препятствия с заданной температурой поверхности. В помещение через одинаковые квадратные отверстия подается и отводится турбулентный поток "холодного" воздуха известной температуры (рис. 4.1). Ставится цель: численно определить поля скоростей турбулентного изотермического и неизотермического течения воздуха, возникающего внутри помещения в случаях наличия и отсутствия препятствия; сравнить картины течения, соответствующие различным схемам расположения входного и выходного отверстий. Требуется также найти зависимости безразмерной максимальной и средней по объему "рабочей зоны" помещения скорости воздуха от размеров препятствия, схемы воздухообмена и расхода подаваемого воздуха.
Для описания турбулентного изотермического течения воздуха в помещении используется система уравнений движения (2.1.17) без уравнения сохранения энергии. При обезразмеривании уравнений движения в качестве характерного масштаба длины выбран вертикальный размер помещения, масштаба скорости - скорость подаваемого газа, В некоторых случаях удобно использовать "приточное" число Рейнольдса RQin, которое может быть выражено через "обычное" Re: Re = (Lin/L)Re. Численное интегрирование уравнений движения осуществляется методом контрольного объема на разностных сетках, содержащих 21 21 21 объемов. Расчеты производились при Pr-0.71, 2.2-103 Re 5,4104. При моделировании неизотермических течений число Грасгофа находилось в диапазоне 1.4-1010 Gr 22.7-1010. Размеры помещения полагались постоянными и принимали значения ij =Z-2 =- 3 1 - Размеры препятствия равнялись cbsl — obs2= - 0.0 Lobs3 10.0. Указанные значения безразмерных параметров соответствуют, например, размерным величинам р 1.0 кг/м" , i-1.85-10"s Пас, A =L2=L2=3 м, Lobs{=Lobs2=l.Q м, 0.0 и ЬоШ 2.0 м, Lin -0.2 м, 0.2 ulc uin 5.0 м/с, 7 =20 С, 25 С 7 100 С. Точность численного решения контролировалась посредством пересчета на более подробной разностной сетке. Расхождение результатов расчетов не превышает 5 %,
Некоторые результаты моделирования
Обратимся к результатам расчетов для схемы вентилирования № 1 (рис. 4.2, 4.11). Представленные поля скоростей показывают значительное влияние скорости подаваемого воздуха на структуру течения в расчетной области. В случае небольших расходов приточного воздуха (Ке/я =2.2-Ю3, рис. 4.11 а, б), в помещении имеет место ярко выраженное циркуляционное течение среды, вовлекаемой в движение приточной струей. Так называемый центр завихрения находится над препятствием, примерно посередине помещения. При увеличении приточного числа Рейнольдса до Re =2,2-104 (рис. 4.2) происходит заметное смещение вихря к грани с выходным отверстием за счет взаимодействия со струей подаваемого воздуха. Дальнейшее возрастание числа Рейнольдса (Re/J? =5.4-104, рис. 4.11 в, г) приводит к деформированию вихря вблизи границы, в результате чего он становится более вытянутым. На основании представленных полей течений можно заключить, что данная схема подачи воздуха является наиболее эффективной в случае Re,-„ «5.4-104, так как при этом в помещении наблюдается четко выраженное течение к выходному отверстию без замкнутых вихревых зон.
Рассмотрим влияние скорости приточного газа на течение воздуха в помещении для схемы вентилирования № 2 (рис. 4,3, 4,12), Сопоставление картин течения для вариантов Rejn =2,2103 и Re/n =2,2104 (соответственно рис. 4.3 и рис. 4.12 а, б) показывает, что при варьировании числа Рейнольдса в данном диапазоне, направление и величина вектора безразмерной скорости остается практически без изменения, В случае же Re =5.4-104 (рис- 4.12 в, г) вихревое движение в зоне между входным отверстием и препятствием оказывается "прижатым" приточной струей к границе препятствия. Необходимо обратить внимание на то, что в целом в помещении, при увеличении расхода воздуха, преобладает движение среды, направленное от выходного отверстия. Это отчетливо видно на рис. 4,12 г, где в верхнем левом углу течение воздуха направлено вниз, а над препятствием и в области за препятствием - в сторону входного отверстия. Такое поведение воздушного потока позволяет сделать вывод, что данная схема организации воздухообмена при больших скоростях подачи воздуха становится неэффективной.
На рис. 4-4, 4.13 представлены поля скоростей воздуха в помещении для схемы вентилирования № 3, Для данной схемы вентиляции движение среды характеризуется двумя тороидальными областями течения. Первая тороидальная область движения образована приточной струей и располагается над препятствием, а вторая - в пространстве между препятствием и боковыми гранями в помещение. Положение и наличие этих областей течения существенно зависит от скорости подаваемого воздуха. Из приведенных картин течения видно, что первая область течения (над препятствием) имеет место как при низких так и при высоких скоростях приточного воздуха. Однако в случае небольших скоростей подачи (Rer-„ 2,2-104) течение этой области занимает практически все пространство над препятствием. При увеличении скорости подаваемого воздуха тороидальное течение среды опускается ближе к препятствию. Вторая область течения (вокруг препятствия) имеет вид тора лишь при Rein 52.2-Ю4 и Lobs-$ =5. Наличие замкнутой тороидальной области движения вокруг препятствия, в большинстве случаев, может быть нежелательно при организации воздухообмена. В этой связи, для такой схемы вентилирования для эффективного воздухопереноса в нижней части помещения предпочтительны высокие скорости подаваемого газа.
На рис. 4.11 - 4Л6 изображены расчетные зависимости безразмерных средних и максимальных скоростей ( U V и Umax) движения воздуха в "рабочей зоне" помещения от числа Re/w и высоты препятствия Lobs2 для соответствующих схем организации воздухообмена. Для рассматриваемого случая высота "рабочей зоны" принята равной хз= з =7.5, Рассмотрим зависимости, характеризующие схему вентилирования № 1 (рис. 4.14). Из представленных зависимостей наглядно видно, что для данной схемы, рассматриваемые скорости воздуха в "рабочей зоне" помещения практически не зависят от параметра Re,-W. Полученные зависимости свидетельствуют о том, что наибольшие скорости движения воздуха в "рабочей зоне" слабо зависят от высоты препятствия в случае его небольшой высоты и равны — 0,12. Однако при высоте препятствия L0 s = 10, величина максимума скорости в "рабочей зоне" уже примерно на 10 % меньше. По другому происходит изменение средней скорости воздушного движения. Для этой величины наибольшее значение наблюдается при Ь0 з3 =5 и равно 0.029,
Увеличение высоты препятствия в 2 раза уменьшает среднюю скорость движения в "рабочей зоне" приблизительно на 20 %. Промежуточное положение между линиями для Lobsi = 5 и LQ S = 10 занимает зависимость для Lobs3 = 0,
Некоторые результаты моделирования неизотермического воздухообмена
В результате математического моделирования принудительного изотермического и неизотермического воздухообмена в помещении можно сделать следующие выводы:
Исследован процесс движения воздуха в помещении при различных значениях определяющих параметров. Описаны характерные картины течения для рассматриваемых схем организации воздухообмена.
Рассмотрено влияние высоты препятствия на поле течения, а также максимальные и средние скорости воздуха в "рабочей зоне" помещения при Kein -2-2-10 - Для схемы вентилирования № 1 установлено, что высота препятствия не оказывает существенного влияния на структуру течения в помещении. Для схемы № 2 значительное воздействие на картину течения производит наличие препятствия, с увеличением высоты которого в объеме помещения начинает преобладать течение, направленное к выходному отверстию. Показано, что высота помещения значительным образом влияет на поле течения, а также на максимальные и средние скорости в "рабочей зоне" для схемы воздухообмена № 3,
Установлено, что варьирование числа Рейнольдса при Lobs3 -5 не существенно влияет на безразмерные значения максимальной и средней скорости воздуха в "рабочей зоне" помещения, но значительно определяет структуру вентиляционного течения. Выявлено, что для схемы вентилирования № 1 над препятствием имеет место зона вихревого движения, которая смещается к грани с выходным отверстием при увеличении числа Рейнольдса и при Re да 5.4-104 сильно деформируется у границы. Для схемы № 2, при увеличении числа Рейнольдса, в помещении в целом преобладает движение, направленное от выходного отверстия. Найдено, что при схеме подачи воздуха № 3 для ірЬд-з =5 и Rfi 2.2 10 между препятствием и боковыми гранями помещения имеет место тороидальное течение среды.
Показано, что при смешанноконвективном движении, для схем воздухообмена № 2 и 3, в отличие от схемы № 1, средний безразмерный тепловой поток слабо зависит рт числа Грасгофа. При небольших значениях Re тепловой поток от источника для схемы вентилирования № 1 значительно выше, чем для схем № 2 и 3. При возрастании Re//T тепловой поток для схемы № 1 становится менее интенсивным по сравнению с другими схемами воздухообмена.
Разработан программный комплекс для расчета трехмерных ламинарных и турбулентных изотермических и неизотермических процессов движения воздуха в помещении, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда или куба.
Выявлено, что в режиме естественной конвекции, при расположении теплового источника в центре нижней грани, поле течения в помещении имеет торообразный вид. Внутри тора движение воздуха происходит из центральных сечений помещения по спирали - к угловым зонам между боковыми гранями. Обнаружено, что в случае расположения источника вблизи одной из боковых граней, конвективное течение среды около верхней грани, преимущественно направлено к дальней стенке от источника, Рассчитаны значения безразмерных максимальных и средних скоростей и температур воздуха в "рабочей зоне" помещения для различных положений теплового источника. Установлено, что место расположения источника существенно влияет на указанные значения скорости движения воздушной среды "рабочей зоны" в случае Lj = 1. 3. Показано, что при изменении числа Грасгофа в интервале от 1,4-1010 до 22.7-1010, безразмерные поля скорости и температуры, а также средние и максимальные значения этих величин в "рабочей зоне" помещения с тепловым источником остаются практически постоянными. Установлено существенное влияние размеров помещения на процесс естественноконвективного теплообмена. Показано, что при малых размерах основания помещения максимальные значения скорости наблюдаются в угловых зонах между боковыми гранями. Найдено, что смещение теплового источника из центра нижней грани к боковой приводит к уменьшению средней температуры среды в "рабочей зоне", для рассмотренных значений Ll7 на 15-40%, 4- Исследован процесс изотермического и неизотермического принудительного движения воздуха в помещении с препятствием для разных схем подвода и отвода воздуха. Установлено, что для схем вентилирования, в которых выходное отверстие находится посередине верхней части боковой грани, а входное располагается либо посередине нижней части противоположной боковой грани, либо в центре верхней грани, высота препятствия играет определяющую роль на структуру потока воздуха в помещении. Также выявлено, что изменение высоты препятствия наиболее значительно сказывается на максимальные и средние скорости движения воздушной среды в "рабочей зоне" лишь для схемы вентилирования с расположением приточного отверстия в центре верхней грани. Показано, что вариация числа Реинольдса в интервале от 2.2103 до 5.4Ю4 оказывает заметное влияние на структуру полей течения газа в помещении, но слабо влияет на максимальные и средние скорости воздуха в "рабочей зоне", 5. Показано, что при смешанноконвективном движении, для схем воздухообмена, в которых выходное отверстие находится посередине нижней части боковой грани, либо в центре верхней грани, средний безразмерный тепловой поток слабо зависит от числа Грасгофа. При небольших значениях Re тепловой поток от источника для указанных схем вентилирования значительно ниже, чем для схемы с входным отверстием посередине верхней части боковой грани. При возрастании Re тепловой поток для схемы с входным отверстием посередине верхней части боковой грани становится менее интенсивным по сравнению с другими рассматриваемыми схемами воздухообмена.
