Oda havalandırılmasında hava akışı, sıcaklık dağılımı, ısı transferi ve ısıl konforun sayısal simülasyonları

Abstract

Bu çalışmada, iki farklı oda geometrisi için oda havalandırması Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği metodu ile incelenmiştir. İncelenen geometriler iki boyutlu Uluslararası Enerji Ajansı Annex20 odası (IEA Annex20) ve iki ve üç boyutlu Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Laboratuvarında bulunan ısıl konfor odası geometrileridir. Birinci geometri tabandan ısıtılan, tavandan girişin ve tabandan çıkışın olduğu havalandırma tipidir. İkinci geometri ise duvar tipi klimaya sahip ısıtma yapılan havalandırma şeklidir. Birinci geometri iki boyutludur ve boş halde modellenmiştir. İkinci geometri masalı ve insanlı olarak hem iki ve hem de üç boyutlu olarak modellenmiştir. Akış sürekli, sıkıştırılamaz ve türbülanslı olup korunum denklemleri ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak çözülmüştür. Kaldırma kuvveti etkileri Boussinesq yaklaşımı kullanılarak ele alınmıştır. Annex20 odasında Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes denklemleri tabanlı beş farklı türbülans modeli ve dört farklı duvar yaklaşımı kullanılarak elde edilen sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Deneysel verilerle en uyumlu sonuçlar Standard Duvar Fonksiyonuyla Standard k-ε modeliyle elde edilmesine rağmen aynı duvar fonksiyonuyla RNG k-ε modeli de Std. k-ε modeline çok yakın sonuçlar vermiştir. Diğer geometrideki tüm analizler Standard Duvar Fonksiyonuyla Std. k-ε modeli kullanılarak yapılmış olup hız ve sıcaklık dağılımlarıyla yüzde memnuniyetsizlik olarak ısıl konfor dağılımları elde edilmiştir. İnsanların ve oda içindeki eşyaların hava akışına, sıcaklığa ve konfor parametresine olan etkileri belirlenmiştir.

In this study, room ventilation is investigated for two different room geometries by using Computational Fluid Dynamics Method. Investigated geometries are the two dimensional International Energy Agency Annex20 room geometry and room geometry modeled in two and three dimensions for thermal comfort studies in the Mechanical Engineering Laboratory of Uludag University. First geometry is the ventilation case with ceiling inlet, floor heating, and floor outlet. Second geometry is a winter ventilation case with wall type air conditioner. First geometry is two dimensional and modeled as empty. Second geometry is modeled in two and three dimensional with a table and human. Flow is steady, incompressible and turbulent, and conservation equations are solved by using ANSYS Fluent software. Buoyancy effects are considered by using Boussinesq approach. In the case of Annex20, results obtained with five different turbulence models and four different near wall modeling approaches based on Reynolds Averaged Navier-Stokes equations are compared with experimental values. Although results most consistent with experimental data are obtained by using Standard k-ε model with standard wall function, very close results to Standard k-ε model are obtained by using RNG k-ε model with standard wall function. All other analysis with second geometry are performed by using Standard k-ε model with Standard wall function, and velocity, temperature and percent dissatisfaction distributions are obtained. Effects of furniture and human to the distributions of velocity, temperature and comfort are determined.