Analysen mechanischer Belüftung simulieren die Luftströmung in Räumen mit Luftbehandlungssystemen. Solche Systeme enthalten in der Regel eine Installation von Diffusoren, Lüfter und Rückführungen, die für die Gewährleistung einer geeigneten Luftströmung und Temperaturkontrolle im genutzten Bereich ausgelegt sind.
Anwendungsbeispiele
Optimierung von Datenzentren
Energie-Audits für Labor- und Campusräume
Sichtbarkeit in und Extraktion von Brandschadstoffen/Rauch
Behaglichkeit für die Nutzer eines Raumes oder einer Wohnung
Design von Lüftungssystemen
Diffusorausströmungs- und interne Strömungsmuster
Modellierungsstrategie
Die meisten mechanischen Lüftungsanwendungen bestehen aus den folgenden Elementen:
- Luftbereiche
- Interne Hindernisse
- Luftzufuhr (Lüftungsöffnungen, Diffusoren, Lüfter usw.)
- Luftabtransport (Klappen, Lüftungsöffnungen, Lüfter usw.)
Folgende Modellierungsüberlegungen sind für mechanische Belüftungsmodelle wichtig:
- Vereinfachen Sie die Geometrie, um unwesentliche Merkmale zu entfernen. Vereinfachen Sie Teile bzw. erstellen Sie sie neu, um Details zu entfernen, die für die Simulation nicht relevant sind.
- Das Modell muss ein Luftvolumen innerhalb des Bauteils enthalten. Dies ist ein zu berücksichtigender Aspekt, da das physikalische Modell wahrscheinlich kein Luftvolumen enthält. Autodesk® CFD erstellt automatisch ein inneres Volumen, wenn das geometrische Modell "luftdicht" ist. Ändern Sie andernfalls das CAD-Modell, um alle Spalten zu schließen, oder verwenden Sie das Werkzeug Hohlraumfüllung, um das Volumen im Autodesk® CFD-Modell zu erstellen.
- Um sicherzustellen, dass ausreichend Platz zwischen den Randbedingungen und der internen Strömung vorhanden ist, ist es empfehlenswert, im CAD-Modell die Öffnungen zu vergrößern.
- Dies ist nützlich für Analysen, die auf Strömung beschränkt sind, aber unentbehrlich, wenn Temperatur-Randbedingungen auf Öffnungen angewendet werden.Auf diese Weise wird ein geeigneter Abstand zwischen der Öffnung und den benachbarten Wänden mit unbekannten Temperaturen sichergestellt.
- Vergrößern Sie die Öffnung zumindest auf den hydraulischen Durchmesser der Fläche.
Detaillierte Informationen zu diesen und anderen Elementen finden Sie im Thema AEC Geometriemodellierung...
Materialien
Weisen Sie allen Luftbereichen das Material Luft zu.
- Die Eigenschaften von Luft ändern sich nicht bei ventilator- oder geschwindigkeitserzeugten mechanischen Belüftungsströmen, die eine minimale thermische Stratifikation haben.
- Wenn die Luftbewegung teilweise oder vollständig durch natürliche Konvektion (Auftrieb) bewirkt wird, ändern Sie die Einstellung Umgebung auf Variabel. Dadurch können sich die Eigenschaften von Luft mit der Temperatur ändern, und die Luft kann sich als Ergebnis der Temperaturgradienten bewegen.
Die Vorgabeeigenschaften für Luft sind für 68 ° F festgelegt. Wenn die Betriebstemperatur über 90 ° F oder unter 50 ° F liegt, ändern Sie die Temperatur der Szenarioumgebung in den entsprechenden Wert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Luftdichte den Betriebsbedingungen entspricht.
In AEC-Anwendungen werden auch einige andere Materialtypen häufig verwendet:
- Festkörper
- Interne Lüfter
- Strömungswiderstände
Klicken Sie hier für weitere Informationen über Materialien in AEC-Anwendungen...
Randbedingungen
Strömungsbedingungen
Die Luft wird mechanisch in und aus dem Innenraum mit bekannten Bedingungen bewegt. Verwenden Sie Randbedingungen, um diese Bedingungen und ihre Positionen anzugeben.
- Einlässe: Weisen Sie jedem Einlass (Diffusor oder Luftzufuhrposition) einen Volumenstrom zu.
- Auslässe: Weisen Sie allen Auslässen (Rückführungen, Abzügen oder Öffnungen) einen Statischen Überdruck = 0 zu.
Wenn alle Einlass- und Auslass-Durchflüsse bekannt sind, weisen Sie allen Öffnungen mit Ausnahme von einer eine Volumenstrombedingung zu. Weisen Sie dieser letzten Öffnung einen Statischen Überdruck = 0 zu.
Einige zusätzliche Überlegungen für Strömungs-Randbedingungen:
- Geben Sie Strömungs-Randbedingungen für die äußersten Flächen des Modells an.
- Weisen Sie Öffnungen entweder einen Durchfluss oder einen Druck zu, aber nicht beides.
- Mindestens eine Druck-Randbedingung muss im Modell angegeben werden.
Wenn Sie Strömungsbedingungen zuweisen, ist es empfehlenswert, die Strömungsrichtung anhand des an der Fläche angezeigten Pfeils zu überprüfen. Wenn der Pfeil eine falsche Strömungsrichtung angibt, klicken Sie im Schnellbearbeitungs-Dialogfeld "Randbedingung" auf die Schaltfläche Normale umkehren.
Wärmebedingungen
Randbedingungen für die Wärmeübertragung sollten immer angewendet werden, wenn Sie lediglich die Temperaturverteilung ermitteln wollen. (Dies ist nicht erforderlich, wenn Sie lediglich die Strömung ermitteln wollen.)
- Wenden Sie eine Randbedingung Temperatur auf alle Öffnungen an, durch die Luft in die Komponente einströmt. Legen Sie keine Temperatur für Auslässe fest.
- Wenden Sie entweder eine Randbedingung Gesamtwärmeerzeugung oder Wärmeerzeugung auf Komponenten an, die Wärme abgeben. Beachten Sie, dass die Leistung gleichmäßig im gesamten Volumen verteilt wird, sich aber an die benachbarten Fluide und Teile auf Basis ihrer relativen Leitfähigkeit überträgt.
- Zur Simulation der Wärmeübertragung an die Umgebung wenden Sie auf die externen Flächen entweder eine Randbedingung Wärmeübergangskoeffizient, Wärmestrom, Gesamtwärmestrom, Wärmestrahlungoder Temperatur an.
Klicken Sie hier für weitere Informationen über Wärme-Randbedingungen in AEC-Anwendungen...
Netz
Eine grundlegende Richtlinie für ein qualitativ hochwertiges Analysemodell ist, dass die Netzverteilung ausreicht, um die Strömungs- und Temperaturgradienten effizient zu lösen. In Bereichen, in denen die Strömung zirkuliert oder große Gradienten aufweist (z. B. Strudel, Wirbel und Trennungsbereiche), ist ein feineres Netz erforderlich.
Bei den meisten Modellen können Sie die automatische Größenbestimmung für die Netzverteilung verwenden. Möglicherweise müssen Sie lokal das Netz auf geometrischen Objekten, die sehr detailliert sind, verfeinern. Weitere Informationen über die automatische Netzgrößenbestimmung und Modellvorbereitung...
In einigen Fällen kann es erforderlich sein, die Mindest-Spaltverfeinerungslänge anzupassen, um ihre Auswirkung auf die Netzanzahl zu reduzieren.
So verfeinern Sie das Netz lokal in Strömungsbereichen mit hohem Gradienten
- Nehmen Sie eine Anpassung der Netzverteilung auf geometrischen Volumen und Flächen vor.
- Wenn keine entsprechenden geometrischen Elemente in einem bestimmten Bereich vorhanden sind, erstellen Sie einen Netzverfeinerungsbereich:
- Fügen Sie ein oder mehrere Volumen im CAD-Modell hinzu.
- Erstellen Sie einen Verfeinerungsbereich aus der Vernetzungsaufgabe.
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Wird ausgeführt
Führen Sie auf der Registerkarte Physik des Dialogfelds "Start" folgende Schritte aus:
- Strömung = Ein
- Wenn Sie eine Lösung für die Wärmeübertragung ausführen:
- Wärmeübertragung = Ein
- Automatisch erzwungene Konvektion = Ein
Führen Sie auf der Registerkarte Steuerung des Dialogfelds "Start" folgende Schritte aus:
- Auszuführende Iterationen = 750
Die angegebene Anzahl von 750 Iterationen ist die maximale Anzahl von Iterationen, die ausgeführt werden. (Dies wurde für die meisten mechanischen Belüftungssimulationen als ausreichend befunden.) Autodesk® CFD stoppt die Lösungsberechnung, wenn 750 Iterationen abgeschlossen wurden oder die Lösung Konvergenz erreicht hat, je nachdem, welche Bedingung früher erfüllt ist. Wenn "Wärmeübertragung" und "Automatisch erzwungene Konvektion" aktiviert sind, löst Autodesk® CFD automatisch für die Temperaturverteilung, nachdem die Strömungslösung abgeschlossen ist.
Zusätzliche Solver-Funktionen
- Aktivieren Sie "Strahlung" zum Simulieren von Oberfläche-zu-Oberfläche-Strahlung und Solarwärme. Modelle mit sehr hohen Komponententemperaturen oder offene Feuer (z. B. für Sichtbarkeit im Rauch) sind gute Anwendungen für Strahlung. Um Strahlung zu aktivieren, aktivieren Sie auf der Registerkarte "Physik" das Kontrollkästchen Strahlung. Weitere Informationen über Strahlung...
- Aktivieren Sie "Strahlung" zur Simulation von Solarwärme (täglich oder stationär), und klicken Sie auf die Schaltfläche "Solarwärme". Geben Sie Uhrzeit, Datum, Ort und Richtung zum Definieren der Solaranalyse an. Weitere Informationen über Solarwärme...
- Wenn das Kontrollkästchen aktiviert ist, können Sie Parameter für die Solarwärme (Uhrzeit, Datum, Ort, Richtung) im Dialogfeld "Solarwärme" festlegen.
- Aktivieren Sie zum Simulieren der Mischung insbesondere für Rauchanalysen und chemische Kontaminationsuntersuchungen den Solver "Allgemeiner Skalar". (Klicken Sie auf der Registerkarte "Physik" auf die Schaltfläche Erweitert.) Weitere Informationen über die skalare Mischung...
- Aktivieren Sie zum Simulieren der Kondensation von feuchter Luft den Solver "Feuchtigkeit". (Klicken Sie auf der Registerkarte "Physik" auf die Schaltfläche Erweitert.) Weitere Informationen über Feuchtigkeit...
- Klicken Sie zum Berechnen der Behaglichkeit auf der Registerkarte Steuerung auf die Schaltfläche Ergebnisgrößen, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen Behaglichkeit. Weitere Informationen über die Behaglichkeit...
- Klicken Sie zum Berechnen der Sichtbarkeit im Rauch auf der Registerkarte Steuerung auf die Schaltfläche Ergebnisgrößen, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen Sichtbarkeit im Rauch. Weitere Informationen zur Sichtbarkeit im Rauch...
Ergebnisextraktion
- Verwenden Sie Ergebnisebenen und Iso-Flächen zum Visualisieren der Strömung in und um die Vorrichtung.
- Verwenden Sie Partikelspuren zur Visualisierung der Luftbewegung.
- Zeigen Sie die Temperatur direkt auf den Teilen an und verwenden Sie Ergebnisteile, quantitative Temperaturdaten zu extrahieren.
- Verwenden Sie das Entscheidungscenter zum Vergleichen von Ergebnissen aus mehreren Szenarios. Speichern Sie Zusammenfassungsbilder, erstellen Sie Zusammenfassungselemente, und überprüfen Sie die Ergebnisse in der Tabelle Kritische Werte.
Für allgemeinere Informationen verwenden Sie die umfangreiche Sammlung von Werkzeugen zur Ergebnisvisualisierung, um Strömungs- und Wärmeergebnisse zu extrahieren.