آموزش شبیه سازی عددی جریان هوا و تهویه درون نماهای دو پوسته ای

آموزش شبیه سازی عددی جریان هوا و تهویه درون نماهای دو پوسته ای

(دیدگاه کاربر 1)

750,000 تومان

( آخرین بروزرسانی : 14 شهریور, 1401 )

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی عددی جریان هوا و تهویه درون نماهای دو پوسته ای در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی عددی جریان هوا و تهویه درون نماهای دو پوسته ای

مقدمه­‌ای بر نماهای دو پوسته­‌ای

در معماری امروزی، استفاده از نماهای شفاف (به عنوان مثال تمام شیشه‌­ای) بسیار پرطرفدار است. برای تحقق این هدف در معماری، استفاده از نماهای دو پوسته‌­ای یا همان سیستم­‌های دوجداره در دیوارهای بیرونی و نمای ساختمان­‌ها مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. نماهای دوپوسته­‌ای (double skin facade) از دو پوسته (عمدتاً لایه­‌های شیشه‌­ای) در فاصله­‌ای بین 20 سانتی­متر الی 2 متر تشکیل شده است که فضای بین این دو پوسته، کانال یا حفره­‌هایی مخصوص جریان یافتن هوا می­‌باشد. جریان هوا در حفره­‌های موجود بین این دو پوسته موجب شکل­‌گیری نوعی عایق در برابر شرایط نامناسب آب­‌و­هوایی می‌­گردد. نماهای دوپوسته‌­ای موجب کاهش مصرف انرژی در ساختمان­‌ها به اندازه­‌ی 30 درصد نسبت به ساختمان­‌های بدون این نوع سیستم‌­ها می­‌شود. همچنین این سیستم قابلیت انجام فرایند تهویه در فضای داخلی ساختمان را نیز دارد که در فصول سرد و گرم سال عملکرد بسیار مناسبی را نشان می­‌دهد. البته فرایند تهویه در این نوع سیستم‌­ها به دو روش طبیعی و مکانیکی با استفاده از فن امکان‌­پذیر می­‌باشد.

نماهای دو پوسته‌­ای دارای انواع مختلفی از جمله نمای پنجره جعبه­‌ای (window-box facade)، نمای شافت جعبه­‌ای (shaft-box facade)، نمای دالانی یا کریدوری (corridor facade) و نمای چندطبقه­‌ای (multi-story facade) می‌­باشد.

در فصول گرم سال، هوایی که از پایین به درون فضای داخلی نمای دوپوسته­‌ای مکش می‌­شود، می­تواند گرمایی که بر اثر حرارت خورشید به فضای داخلی بین دو پوسته جذب شده را رو به سمت بالا دفع کند و درنتیجه با دفع حرارت از دیوارهای ساختمان موجب خنک شدن فضای داخلی ساختمان گردد؛ در حالی که در فصول سرد سال، اگر سیستم نمای دوپوسته ای بسته بوده و جریان هوایی در آن فضا وجود نداشت، همان حرارت جذب شده از تابش نور خورشید بر روی پوسته‌­های نما از طریق رسانش  و تشعشع به فضای داخلی ساختمان منتقل می‌­شود و یا اگر سیستم باز بوده و جریان هوا برقرار بود، این بار می­توان با استفاده از همان جریان هوای گرم موجود در فضای خانه برای گرم کردن فضای داخلی نما استفاده کرد. برای افزایش بازدهی فرایند سرمایش و گرمایش در این نوع از سیستم‌­ها می‌­توان از وسایل سایه‌­انداز استفاده کرد که ساختار کرکره‌­ای با قابلیت تنظیم زاویه­ را داراست. زاویه­ قرارگیری این کرکره­‌ها در فصول گرم سال به گونه­‌ای است که مقابل تابش نور خورشید را می‌­گیرد و موجب می‌­شود که نور خورشید پس از برخورد به سطوحش، به محیط بیرون بازتاب بشود و یا جذب سطوحش شده و با همان جریان هوای گرم به بیرون از ساختمان دفع شود؛ در حالی که زاویه‌­ی قرارگیری این سطوح در فصول سرد سال به گونه‌­ای است که به اشعه­‌های نور خورشید اجازه­‌ی تابش مستقیم به سطح شیشه­‌ای ساختمان و درنتیجه گرم کردن دیوارهای ساختمان را می­‌دهد.

شکل‌های زیر نمونه‌­ای از یک نمای دو پوسته و شماتیکی از ساختمان هندسی آن را نشان می­‌دهد.

 

 

 

 

تعریف مسأله

مسأله­‌ی حاضر به شبیه‌­سازی جریان هوای عبوری از فضای بین دو جداره‌­ی شیشه‌­ای با ضریب جذب برابر با 30 واحدبرمتر و ضخامت 3 سانتی‌متر مربوط به نمای دو پوسته­‌ای ساختمانی پرداخته است. برای حرکت رو به بالای جریان هوا درون این فضا بر اساس تغییرات وزن ناشی از تغییرات فشار و تغییرات دما از شرط مرزی فشار برابر فشار اتمسفر در ورودی و خروجی این فضا استفاده شده است. عامل اصلی تغییرات دما، وجود انرژی تشعشعی ناشی از تابش پرتوهای خورشیدی بر روی صفحات این پوسته­‌ها می­‌باشد؛ بنابراین، از مدل انرژی تابشی یا radiation از نوع (discrete ordinates (DO و بار خورشیدی از نوع solar ray tracing استفاده شده است. همچنین فرض شده است که جریان هوای محیط در اطراف پوسته­‌ها دارای دمای 300 کلوین و ضریب انتقال حرارت 10 وات‌برمترمربع‌کلوین می‌­باشد. در فضای بین این دو دیواره، از سایه‌­اندازی به شکل کرکره­‌ای استفاده شده است که به فرایند تهویه در سیستم کمک می­‌کند. هدف مسأله، بررسی رفتار جریان سیال در حرکت رو به بالا و فرایند انتقال حرارت در فضای بین دو پوسته و از بین صفحات سایه­‌انداز می‌­باشد.

 

گام 1) تعریف هندسه و شبکه‌­بندی

هندسه­‌ی مدل حاضر به صورت سه­‌بعدی و با استفاده از نرم­‌افزار design modeler ترسیم شده است. هندسه­ شامل یک محفظه­‌ی مکعب مستطیلی و چند ردیف صفحات کرکره مانند تحت عنوان سایه‌­انداز است. محفظه دارای ابعاد 3 متر، 1.5 متر و 0.2 متر می­‌باشد. صفحات سایه‌­انداز نیز دارای ضخامت نازک با شیب 45 درجه بوده و در 120 ردیف قرار گرفته‎­اند. شکل زیر نمایی از هندسه­‌ی ترسیمی مدل را نشان می­‌دهد.

 

 

شبکه‌­بندی مدل حاضر با استفاده از نرم‌­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه­‌بندی به صورت بدون سازمان بوده و تعداد سلول­‌های تولیدی در مش‌­بندی معادل 4264442 می‌­باشد. شکل زیر نمایی از مش‌­بندی انجام گرفته را نشان می­‌دهد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه‌­سازی

برای شبیه­‌سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارت‌­اند از:

  • شبیه­‌سازی براساس دیدگاه فشاری (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه­‌سازی به بررسی رفتار سیالاتی و انتقال حرارتی پرداخته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می­‌باشد؛ یعنی ترم زمانی در حل مسأله در نظر گرفته نمی­‌شود.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی جریان برابر 81 متربرمجذورثانیه گرفته شده است.

 

خلاصه‌­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است:

 

 

پس از فرایند حل، نتایج نهایی در قالب کانتورهای دو بعدی و سه بعدی مربوط به فشار، سرعت، چگالی و دما و همچنین بردارهای سرعت به دست آمده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 دیدگاه برای آموزش شبیه سازی عددی جریان هوا و تهویه درون نماهای دو پوسته ای
  1. arash

    توضیحات بخش مقدمه تان قبل از توضیحات روند شبیه سازی خیلی مختصر و مفیده
    من از مطالب این بخش خیلی استفاده می کنم، تشکر از مطالب خوبتون

افزودن دیدگاه