آموزش شبیه سازی تهویه هوا و آسایش حرارتی درون اتاق بستری بیمار دارای هوای آلوده تنفسی

آموزش شبیه سازی تهویه هوا و آسایش حرارتی درون اتاق بستری بیمار دارای هوای آلوده تنفسی

(دیدگاه کاربر 2)

500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 29 فروردین, 1401

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی تهویه هوا و آسایش حرارتی درون اتاق بستری بیمار دارای هوای آلوده تنفسی در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.


تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی تهویه هوا و آسایش حرارتی درون اتاق بستری بیمار دارای هوای آلوده تنفسی

تعریف مسأله

مسأله­ حاضر به شبیه­ سازی جریان هوای تازه از طریق سیستم تهویه مطبوع درون یک اتاق مخصوص بستری بیمار پرداخته است. بیمار بستری شده بر روی تخت موجود در اتاق دارای دمای بالا در سطح بدن خود بوده و به طور مداوم ذرات آلوده­ ویروس مربوط به بیماری خود را با تنفس از طریق دهان به محیط داخلی اتاق پخش می­ کند. درواقع هدف از مسأله­ حاضر، به­ کارگیری یک سیستم تهویه مطبوع و گردش جریان هوای تازه­ به صورت مداوم درون این اتاق می­ باشد تا هم ذرات آلوده­ خروجی از دهان بیمار را از طریق دریچه ­های خروجی جریان به بیرون از اتاق منتقل نماید و محیط از نظر میزان آلوگی تصفیه گردد، و هم دمای متعادل و مطبوع برای آسایش بیمار داخل اتاق تأمین گردد.

دو موضوع اصلی در این شبیه ­سازی مورد بحث است. موضوع اول این که باید جریان ویروس موجود در هوای آلوده­ تنفسی از دهان بیمار تعریف گردد که برای این کار، از مدل فاز گسسته (discrete phase) استفاده شده است؛ زیرا در این مدل، ذرات تشکیل دهنده­ ویروس مورد تعقیب قرار می­ گیرد که به این نوع دیدگاه در بررسی رفتار سیالاتی ذرات، دیدگاه لاگرانژی می ­گویند. درواقع تفاوت دیدگاه لاگرانژی با دیدگاه اویلری در این امر است که رفتار سیال در دیدگاه لاگرانژی براساس تعقیب ذره به ذره­ جریان سیال مورد بررسی قرار می­ گیرد؛ در حالی که رفتار سیال در دیدگاه اویلری بر اساس فرض یک المان حجمی محدود در مسیر جریان سیال مورد بررسی قرار می­ گیرد. بنابراین، در این مدل از یک فرایند تزریق استفاده شده است که این ذرات ویروس تحت عنوان anthracite به صورت صفح ه­ای از مرز مربوط به دهان بیمار به فضای بیرون تزریق می ­شود. موضوع دوم این که باید شرایط آسایش بیمار از نظر درجه­ حرارت فضای داخلی اتاق و همچنین بحث تهویه­ هوای داخل اتاق در مدل حاضر مورد بررسی قرار بگیرد تا هوای داخلی اتاق از نظر ماندگی و کهنگی، تهویه گردد و از نظر درجه­ حرارت، دارای دمای متعادل باشد. برای این هدف، دو پارامتر مخصوص توصیف شرایط آسایش حرارتی مورد استفاده قرار گرفته که شامل PMV بیانگر مقیاس آسایش حرارتی و PPD بیانگر میزان درصد نارضایتی از هوای فضاست، و همچنین یک متغیر اسکالر مخصوص عمر متوسط هوا تعریف شده که بیانگر میزان ماندگی و کهنگی هوای موجود در اتاق می ­باشد.

در مدل حاضر، جریان هوای تازه­ ورودی از دریچه­ های بالای اتاق، دارای سرعتی برابر با 0.58 متربرثانیه و دمای 294 کلوین می­ باشد، دمای سطح بدن بیمار برابر با مقدار ثابت 308 کلوین در نظر گرفته شده است و ذرات ویروس در هوای تنفسی بیمار با سرعت 0.05 متربرثانیه و دمای 308 کلوین با قطری برابر 0.000001 کتر از دهان بیمار به محیط داخلی اتاق تزریق می­ شود.

 

 

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت سه ­بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler ترسیم شده است. این مدل از ساختمان یک اتاق به شکل­ مکعب به ابعاد 2.9 متر ⨯ 2.23 متر ⨯ 3.7 متر تشکیل شده است؛ به طوری که یک تخت مخصوص بستری و یک بیمار روی آن طراحی شده است. همچنین تعداد شش منفذ دایروی به عنوان جریان ورودی هوای تازه و پنج منفذ مستطیلی شکل به عنوان مقطع خروجی جریان در دیواره­ های جانبی اتاق در نظر گرفته شده ­اند.

 

 

 

 

شبکه ­بندی مدل با استفاده از نرم­ افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه­ بندی به صورت بدون سازمان انجام شده و تعداد سلول­ های ایجاد شده برابر 5666870 می­ باشد. شبکه ­بندی در نواحی مجاور مرزهای داخلی ریزتر بوده و از دقت بالاتری برخوردار است.

 

 

گام 2) مراحل شبیه ­سازی

برای شبیه ­سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه­ سازی مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه ­سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است؛ زیرا هدف اصلی مسأله، بحث تهویه مطبوع می ­باشد.
  • مدل حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می­ باشد؛ یعنی ترم زمان در حل مسأله در نظر گرفته نشده است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) معادل با 9.81- متربرمجذورثانیه و در راستای y بر روی جریان هوای داخل اتاق در نظر گرفته شده است.

 

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

 

 

تعریف مدل discrete phase

زمانی از فاز گسسته استفاده می ­گردد که هدف، بررسی رفتار ذرات از دیدگاه لاگرانژی و به صورت گسسته باشد. در مدل حاضر، جریان ویروس موجود در هوای تنفسی بیمار از ناحیه­ دهان بیمار به صورت ذره ­به ­ذره به فضای درونی اتاق بستری پخش می­ شود. با عدم انتخاب حالت unsteady particle tracking، رفتار ذرات گسسته­ هوای تنفسی به صورت پایا و مستقل از زمان می ­باشد.

همچنین فرایند تزریق (injection) برای فاز گسسته تعریف می ­گردد. نوع ماده­ ذرات تزریق شونده در مدل حاضر، با همان پیش­فرض (anthracite) و با خواصی شامل چگالی برابر با 1000 کیلوگرم‌برمترمکعب و ظرفیت گرمایی مخصوص برابر با 1680 ژول‌برکیلوگرم‌کلوین تعریف می­ شود و از ناحیه­ دهان بیمار (mouth) به فضای درونی اتاق بستری تزریق می­ شود. نوع فرایند تزریق به صورت صفحه­ ای است و نوع ذرات ویروس به صورت راکد (inert) می­ باشد. حالت inert یک المانی از فاز گسسته (ذره، قطره، یا حباب) که از موازنه­ نیروها تبعیت می ­کند. خواص ذره­ ای برای هر ذره­­ ویروس موجود در هوای تنفسی، شامل قطری به اندازه­ 0.000001 متر، سرعتی به اندازه­ 0.05 متربرثانیه، دبی جرمی برابر با 0.0000005 کیلوگرم‌برثانیه، و دمایی برابر با 308 کلوین می­ باشد.

همچنین برای تعریف شرایط مرزی مربوط به مدل فاز گسسته، از سه نوع رفتار ذرات گسسته نسبت به نواحی مربوط به مرزها استفاده می­ شود؛ بدین صورت که از حالت فرار (escape) برای وقتی استفاده می ­شود که فاز گسسته صرفاً از مرز مورد نظر عبور می ­کند، از حالت تله (trap) برای وقتی استفاده می­ شود که فاز گسسته در مجاورت مرز مورد نظر گیر می­ افتد، و از حالت بازخورد (reflect) برای وقتی استفاده می­ شود که فاز گسسته پس از رسیدن و برخورد با مرز مورد نظر از مرز منعکس می­ شود. در مدل حاضر، در بخش ورودی مربوط به هواسازها از حالت reflect و بخش ورودی مربوط به ناحیه­ دهان و خروجی­ ها از حالت escape و در دیواره ­های اتاق و سطوح تخت و بیمار از حالت trap استفاده شده است.

 

 

مفهوم آسایش حرارتی (thermal comfort)

آسایش حرارتی (thermal comfort) یک حالت روحی، جدا از معادلات مربوط به انتقال حرارت و جرم و موازنه­ انرژی است. اما از مفهوم آسایش حرارتی برمی ­آید که از متغیرهایی تأثیرپذیر می ­باشند که بر روی انتقال جرم و حرارت در مدل موازنه­ انرژی اثر می ­گذارند. رایج ­ترین دیدگاه به کار گرفته شده برای توصیف آسایش حرارتی به منظور برآورد و طراحی ساختمان­ ها، بین نتایج آزمایش­ های روان­شناختی و متغیرهای آنالیز حرارتی ارتباط برقرار کرده است. درواقع تعداد زیادی آزمایشات در دانشگاه بر روی انسان ­ها انجام شده است که این انسان­ ها در حالت ­های مختلف دارای لباس ­های متفاوت بوده و یا در حال فعالیت­ های مختلف می­ باشند. همچنین محیطی که آزمایشات در آن انجام می­گ یرد، دارای دمای هوای متفاوت، دمای سطوح متفاوت، مقدار رطوبت مختلف، سرعت­ های مختلف جریان هوا و الگوهای متفاوت جریان هوا می­ باشد. سپس سطح آسایش انسان­ ها در حالت­ های مختلف سنجیده شده و پاسخ احساس حرارتی میانگین آنها بررسی شد. درنتیجه مقدار رای میانگین برآوردی (PMV) برای سنجش حرارتی در قالب مقیاس حرارتی ASHRAE حاصل شد. مقادیر مربوط به این معیار بین 3- الی 3+ تغییر می­ کنند و مطابق جدول زیر، حالت­ های مختلف احساس حرارتی را از خیلی سرد تا خیلی گرم نشان می ­دهد.

 

روابطی برای PMV به عنوان تابعی از شش متغیر شامل دمای هوا، دمای تابشی میانگین، سرعت هوا، رطوبت هوا، مقاومت لباس­ های پوشیده شده و نوع فعالیت بدنی به دست آمده است. نهایتاً رابطه­ PMV به صورت زیر به دست می­ آید که به عنوان تابعی از بار حرارتی (L) بر روی بدن می­ باشد که به صورت اختلاف بین نرخ تولید حرارت متابولیکی (M) و اتلاف حرارتی محاسبه شده از بدن به شرایط محیطی واقعی تعریف می ­شود.

 

 

همچنین یک رابطه­ اساسی بین درصد مردم ناراضی (PPD) با یک محیط حرارتی به عنوان تابعی از PMV وجود دارد؛ بدین ترتیب که هر چه مقدار PMV به سمت مقدار 3+ (خیلی گرم) و مقدار 3- (خیلی سرد) برود، درصد PPD رشد پیدا می ­کند یعنی نارضایتی افزایش می ­یابد؛ در حالی که هر چه به سمت صفر حرکت کند، درصد PPD افت پیدا می ­کند یعنی نارضایتی کاهش می ­یابد.

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دو بعدی و سه بعدی مربوط به فشار، دما، سرعت، مقدار PMV ،PPD و پارامتر اسکالر عمر هوا به دست آمده ­اند. همچنین دنباله­ ذرات (particle tracking) براساس زمان سکونت یا پایداری به صورت سه بعدی به دست آمده است. همچنین خطوط جریان، مسیر جریان و بردارهای سرعت نیز به حالت سه بعدی به دست آمده­ اند. کانتورهای دو بعدی بر روی مقطع xoy ترسیم شده ­اند.

 

 

 

 

2 دیدگاه برای آموزش شبیه سازی تهویه هوا و آسایش حرارتی درون اتاق بستری بیمار دارای هوای آلوده تنفسی

  1. mohsen rahnama

    بررسی پارامترهای آسایش حرارتی با تعریف کد در فلوئنت جالب بود

  2. hoda

    محصولتون خیلی عالی است و قیمت مناسبی داره
    لطفا طرح های تخفیفی تون رو بیشتر کنید

افزودن دیدگاه