Численное исследование снижения коэффициента местного сопротивления тройника на разделение потока

Введение. В современном строительстве все большее предпочтение отдается системам вентиляции с механическим побуждением. С учетом высоких потерь давления в фасонных элементах системы вентиляции необходимо совершенствование геометрии их конструкции. Особенно это касается тройников приточной системы вентиляции, в которых происходит разделение потока, приводящее к большим потерям энергии при деформации потока. Цель исследования — численное моделирование течения воздуха в симметричном приточном тройнике квадратного сечения для установления коэффициента местного сопротивления, определение очертаний вихревых зон в месте разделения потока воздуха и коэффициента местного сопротивления оптимизированного приточного тройника, построенного с учетом очертания вихревой зоны в области деформации потока.

Материалы и методы. Определение коэффициента местного сопротивления стандартного симметричного приточного тройника, очертания вихревых зон в месте разделения потока, коэффициента местного сопротивления оптимизированного тройника проводилось с использованием методов вычислительной гидродинамики в программном комплексе COMSOL Multiphysics 5.6. Для численного решения уравнений неразрывности и Навье – Стокса, осредненных по Рейнольдсу, применялась «стандартная» k–ε модель турбулентности с пристеночными функциями.

Результаты. Установлено значение коэффициентов местного сопротивления стандартного тройника, которое хорошо согласуется с известными данными. По очертаниям вихревой зоны в области деформации потока выполнялись оптимизация геометрии конструкции тройника путем скругления стенки и последующее численное исследование.

Выводы. Выявлено, что изменение конструкции стандартного приточного тройника посредством скругления стенки в области деформации потока позволяет снизить гидравлическое сопротивление на 11,9 %. Результаты исследования представляют научный и практический интерес при разработке оптимизированной конструкции тройника.

1. Афонин К.В., Жилина Т.С., Загорская А.А., Молостова И.Е. Эффективность систем вентиляции с периодическим режимом работы // Архитектура, строительство, транспорт. 2024. № 1 (107). С. 58–67. DOI: 10.31660/2782-232X-2024-1-58-67. EDN CQXQYT.

2. Карневич В.В., Алескеров Р.М., Грицай М.М. Повышение энергоэффективности эксплуатируемых зданий // Наукосфера. 2024. № 5–2. С. 251–261. DOI: 10.5281/zenodo.11355211. EDN BUOCOV.

3. Ильина Т.Н., Колесников М.С., Крюков И.В. О комплексных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях торговых центров // Строительные материалы и изделия. 2020. Т. 3. № 4. С. 39–47. DOI: 10.34031/2618-7183-2020-3-4-39-47. EDN AOIIRF.

4. Колесников М.С., Ильина Т.Н. Инновационные способы создания микроклимата в помещениях значительного объема // Альманах мировой науки. 2020. № 1 (37). С. 86–89. EDN MZRSBV.

5. Taheri A., Khoshnevis A.B., Lakzian E. The effects of wall curvature and adverse pressure gradient on air ducts in HVAC systems using turbulent entropy generation analysis // International Journal of Refrigeration. 2020. Vol. 113. Pp. 21–30. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2020.01.014

6. González-Torres M., Pérez-Lombard L., Coronel J.F., Maestre I.R., Yan D. A review on buildings energy information: Trends, end-uses, fuels and drivers // Ene-rgy Reports. 2022. Vol. 8. Pp. 626–637. DOI: 10.1016/j.egyr.2021.11.280

7. Pérez-Lombard L., Ortiz J., Pout C. A review on buildings energy consumption information // Energy and Buildings. 2008. Vol. 40. Issue 3. Pp. 394–398. DOI: 10.1016/j.enbuild.2007.03.007

8. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е. изд., перераб. и доп. / под ред. М.О. Штейнберга. М. : Машиностроение, 1992. 672 с.

9. Грачев И.Г., Пирогов С.Ю., Савищенко Н.П., Юрьев А.С. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем. СПб. : Мир и семья, 2001. 1154 с.

10. Беккер А. Системы вентиляции; пер. с нем. Л.Н. Казанцевой / под ред. Г.В. Резникова. М. : Техносфера, Евроклимат, 2008. 231 с.

11. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция : уч. для вузов в 2 ч. Ч. 2. Вентиляция. М. : Строй-издат, 1976. 439 c.

12. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция : учебник. М. : Издательство АСВ, 2008. 624 c.

13. Краснов Ю.С. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для производственных и общественных зданий. М. : Термокул, 2006. 288 c.

14. Yin Y., Wen X., Zhang J., Li A. Geometric parameters optimization of low resistance T-junction with guide vanes in HVAC system // E3S Web of Conferences. 2022. Vol. 356. P. 02056. DOI: 10.1051/e3sconf/202235602056

15. Ziganshin A., Eremina S., Safiullina G., Logachev K. Numerical study of the flow in a symmetrical ventilation junction tee with a baffle vane // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Pp. 213–222. DOI: 10.1007/978-3-030-80103-8_23

16. Gao R., Li H., Li A., Liu K., Yu S., Deng B. Applicability study of a deflector in ventilation and air conditioning duct tees based on an analysis of energy dissipation // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2019. Vol. 184. Pp. 256–264. DOI: 10.1016/j.jweia.2018.11.025

17. Gao R., Liu K., Li A., Fang Z., Yang Z., Cong B. Study of the shape optimization of a tee guide vane in a ventilation and air-conditioning duct // Building and Environment. 2018. Vol. 132. Pp. 345–356. DOI: 10.1016/j.buildenv.2018.02.006

18. Misaran M.S., Sing C.F., Adzrie M. Study of Wyee-Tee Duck Design at Various Protrusion and Guide Vane Location Using CFD // CFD Letters. 2019. Vol. 11. Issue 11. Pp. 39–47.

19. Tian Y., Gao R., Liu M., Li A., Dong X., Yu S. et al. Low-resistance local components design method based on topology optimization: A case study of a duct tee // Building and Environment. 2023. Vol. 244. P. 110823. DOI: 10.1016/j.buildenv.2023.110823

20. Зиганшин А.М., Каримуллин Т.Л., Логачев К.И., Кареева Ю.Р. Очертания вихревых зон и разработка энергоэффективных крестовин вытяжных вентиляционных систем // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2024. № 9 (789). С. 77–87. DOI: 10.32683/0536-1052-2024-789-9-77-87. EDN JEQPOG.

21. Зиганшин А.М., Бадыкова Л.Н. Численное моделирование течения в профилированном вентиляционном тройнике на слияние // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. № 6 (702). С. 41–48. EDN ZGFVWZ.

22. Зиганшин А.М., Еремина С.В. Компьютерное моделирование течения в симметричном вентиляционном тройнике круглого сечения на слияние // Строительные конструкции, здания и сооружения. 2023. № 1 (2). С. 25–31. EDN HKLXYV.