autodesk cfd Балансировка веток на всасывание

[LYatsiuk 3]

Друзья, решил попробовать применить CFD для решения инженерной задачи балансировки ветвей вытяжной вентиляции. Собрал простенькую систему с 2 входами и 1 выходом. Граничные условия: Outlet - объемный расход, 2 inlet - статическое давление 0 Па. В результате получил значительную скорость в более короткой ветке и балансировка сужением диаметров особо не помогала и результат не особо был похож на ожидаемый. В обратную сторону (1 вход - объемным расход и 2 выхода стат.давление 0 Па) результат был похож на правду.

 

Теперь попробовал посчитать бортовой отсос, результат такой же как и с сетью. В ближних отверстиях высокие скорости, в дальние отверстия опрокидываются.

Модель турбулентности SST k-omega

Геометрия и граничные условия

Сетка

Результат

 

Если сменить направление объемного расхода (работать не на всас, а на выдув) и пересчитать, то результат удовлетворительный.

Результат

 

Очевидно, что я что-то делаю не правильно. Подскажите в какую сторону мне двигаться?

 

[karachun 2 038]

@LYatsiuk Так где у Вас вход а где выход?

56 минут назад, LYatsiuk сказал:

Подскажите в какую сторону мне двигаться?

Удлините ветки чтобы избавиться от обратных токов.

Еще такая мысль - сейчас эти ветки засасывают воздух из атмосферы но в действительности на каждую из них навешана сеть трубопроводов с к-том сопротивления. Если расход через сеть растет то и перепад давления вырастет (dP=dzetta*rho*V^2/2) это по идее и должно быть тем фактором который не позволит воздуху в одной ветке разгоняться сильнее чем в остальных.

Если решатель позволяет то нужно добавить к каждой ветке к-т сопротивления.

[LYatsiuk 3]

8 минут назад, karachun сказал:

Так где у Вас вход а где выход?

При расчете который у меня не получается сделать: выход - это Volume Flow Rate (поверхность на которой висит локальная система координат) с значением 3550м3/час и направлен вне геометрии.

Вход это 5 окон с каждой стороны. Которые Pressure 0 Pa.

 

 

22 минуты назад, karachun сказал:

Удлините ветки чтобы избавиться от обратных токов.

Как мне кажется проблема не в обратных токах, а в том что в ближнем к выходу окне скорость 40м/с. То есть практически весь расход в 2 окнах ближайших к выходу. В среднем окне уже входят вторичные потоки увлекаемые основным и выходящие через дальние окна.

 

Возможно стоит сделать внешний объем?

[karachun 2 038]

@LYatsiuk Добавьте на входы к-т сопротивления, тогда все заработает. Если для входа такой опции нет то попробуйте прикрепить к каждой ветке небольшой участок трубы через интерфейс, обычно в CFD кодах можно на интерфейсе задать сопротивление.

Вся проблема в том что сейчас нет обратной связи. Можно засасывать воздух со сколь угодной скоростью но это никак не повлияет на перепад давления. Если на каждой ветке поставить к-т сопротивления то при скорости 40 м/с в первой ветке на ней будет соответствующий перепад давления который будет больше чем на других ветках и получиться что потоку не выгодно течь только через первое окно, т.е. такая ситуация не возможна. Вот тогда поток и будет течь равномерно.

[LYatsiuk 3]

1 час назад, karachun сказал:

@LYatsiuk

Еще такая мысль - сейчас эти ветки засасывают воздух из атмосферы но в действительности на каждую из них навешана сеть трубопроводов с к-том сопротивления. Если расход через сеть растет то и перепад давления вырастет (dP=dzetta*rho*V^2/2) это по идее и должно быть тем фактором который не позволит воздуху в одной ветке разгоняться сильнее чем в остальных.

Если решатель позволяет то нужно добавить к каждой ветке к-т сопротивления.

Если мы говорим про сеть трубопроводов, то там все это учтено. На входах стоят одинаковые бортовые отсосы, тоесть одиноковые условия входа. Балансировка ветвей осуществляется диаметрами. На ветке со "входом 1" 315мм на "входе 2" 355 мм.

Геометрия системы

Если посчитать по справочнику то потери на входе 2 меньше и расход оттуда должен быть - больше чем от входа 1. Но этого не случается.

Расчет

Мне нужно время чтобы пересчитать систему. Потому что я снес результаты. А чтобы предметно  разговаривать нужны картинки.

Изменено 17 июля 2020 пользователем LYatsiuk

[karachun 2 038]

@LYatsiuk  Так, давайте начнем с постановки задачи.

Что находиться перед ветками в которые засасывается воздух? Фильтры, трубопроводы? И объясняйте пожалуйста по подробнее, я не обязан понимать что это за бортовые отсосы и что они из себя представляют.

 

Если собрать такой короб и поставить его на открытом воздухе то картина реалистичная - воздух идет по по пути наименьшего сопротивления а разница в сопротивлениях между соседними ветками велика.

Но если к каждой ветке навесить по длинному воздуховоду то разница сопротивлений будет уже не такая значительная и воздух будет распределяться равномерно.

[LYatsiuk 3]

И так задача у нас вытяжная вентиляция от гальванических ванн. Ванна собой представляет прямоугольный резервуар со свободной поверхностью жидкости которая выделяет вредные пары. На этой ванне установлен бортовой отсос.

Геометрия бортового отсоса

Который вытягивает испарения от поверхности зеркала ванны. То есть всасы (те участки на на которых наложены ГУ давления) бортового отсоса расположены на 100 мм выше зеркала жидкости и опираются на края ванны.

 

Система имеет 2  ветки на которых расположены 2 одинаковые ванны. На входе в систему стоят одинаковые  бортовые отсосы. Но в расчете системы они сняты, так как теоретически не должны влиять на расчет (добавляют одинаковые сопротивления на всасе 1 и всасе 2).

 

На выходе стоит центробежный вентилятор который должен обеспечить определенный объемный расход. В результате нужно получить диаметры веток, чтобы одинаковые расходы на ваннах. И сопротивление сисемы в Па для подбора вентилятора.

 

Результат расчета системы.

28 минут назад, karachun сказал:

@LYatsiuk 

Если собрать такой короб и поставить его на открытом воздухе то картина реалистичная - воздух идет по по пути наименьшего сопротивления а разница в сопротивлениях между соседними ветками велика.

Но если к каждой ветке навесить по длинному воздуховоду то разница сопротивлений будет уже не такая значительная и воздух будет распределяться равномерно.

Я понимаю, о чем Вы. Но если мы навесим воздуховоды, то искусственно его сбалансируем и, мне кажется, это исказит результат расчета. Возможно стоит построить внешний объем вокруг бортового отсоса из которого он будет затягивать воздух?

Я выбрал этот короб для моделирования не просто так. Есть реально работающий прототип и я пробую на нем учиться.

[karachun 2 038]

@LYatsiuk Так я не понял, вот эта вот хреновина стоит прямо над ванной, т.е. там дальше перед входом нет ни труб ни фильтров, никаких сопротивлений. Тогда получается похоже на правду.

Пока на уровне одной ванны придется менять сечение или добавлять некоторое сопротивление (жалюзи поставить) к ближним входам чтобы обеспечить равномерный забор воздуха. То есть расчет установки для одной ванны правильный и постановка тоже, просто конструкция не удовлетворительная.

18 минут назад, LYatsiuk сказал:

Но в расчете системы они сняты, так как теоретически не должны влиять на расчет

Если говорить о системах трубопроводов то течение воздуха по ним очень похоже на течение тока. Получается что при одинаковом перепаде давления и одинаковом сечении расходы на двух ветках будут относиться как сопротивления веток. Q1/Q2=R2/R1. Чем больше сопротивление тем меньше расход.

А теперь следите за руками. Пускай сопротивление одной ветки 8 а другой 5 а сопротивление бортовых отсосов 2. Если не учитывать бортовые отсосы то соотношение сопротивлений 8/5 а расходов 5/8 а если учитывать то соответственно 10/7 и расходы относятся как 7/10.

5/8 не равно 7/10.

Расход определяет полное сопротивление всей сети от входа до выхода и отдельные кусочки выбросить нельзя.

Смекаете?

Изменено 17 июля 2020 пользователем karachun

[LYatsiuk 3]

В этом и суть задачи. Мы изменяем диаметр (сечение) воздуховода и за счет этого получаем одинаковые сопротивление на ветках.

[karachun 2 038]

14 минут назад, LYatsiuk сказал:

В этом и суть задачи.

ОК, я о том что при расчете нужно учитывать полное сопротивление, т.е. отброшеннучю часть нужно тоже учесть в виде дополнительного коэффициента.

Но вернемся к первой задаче.

Вот накидал похожую задачу в CFX. Есть четыре входных патрубка и один выходной. Давление на входе и скорость на выходе.

В первом расчете получается примерно та же картина - через ближний вход засасывается намного больше воздуха.

Вот график расходов, видно что в конце расчета расход на ближнем патрубке (Inlet 4, желтенькая линия) 11 кг/c а на дальнем (красненькая) около 2 кг/с.

Теперь я добавляю на каждый вход один и тот же к-т сопротивления. В реальности это значит что я на входе поставил некоторое сопротивление (входное устройство, жалюзи, фильтр).

Теперь ситуация намного лучше. Относительная разница между полными сопротивлениями на каждой ветке стала меньше и разница между расходами тоже.

И скорости в патрубках тоже стали примерно одинаковы.

Так что Вам для обеспечения равномерного расхода придется нацепить на эти патрубки какое-то дополнительное входное устройство которое будет создавать дополнительное сопротивление. Нацеплять надо на все патрубки сразу.

 

На этом все. Благодарю за внимание.

Изменено 17 июля 2020 пользователем karachun

[LYatsiuk 3]

Да, спасибо. Теперь я понял о чем Вы. Что не увязанная сеть дает не корректный результат, так как на входе будут разные сопротивления из-за разного динамического давления при одинаковых местных сопротивлениях. У меня же предварительный расчет увязки диаметрами и последующей балансировки шиберами (задвижками).

 

По бортовым тоже относительно понятно. Сопротивление на все входы смысла ставить нет конечно, но можно уменьшить высоту воздухоприемных окон частично их перекрыв (уменьшить живое сечение).

 

Меня смущает, что бортотсос работает так как есть и достаточно нормально тянет.Но возможно я где-то ошибся в размерах, а может как-то влияют условия входа.

 

Если у вас есть возможность, прогоните через cfx геометрию, очень уж интересно увидеть разницу в расчетах.

BO_fill.x_t

[karachun 2 038]

35 минут назад, LYatsiuk сказал:

По бортовым тоже относительно понятно.

Сейчас у ближнего входа сопротивление грубо говоря 1, у дальнего пускай 5 - воздуху из дальнего входа надо всю конструкцию пройти. Разница между 5 и 1 большая.

Если нацепить и там и там входное устройство с сопротивлением 10 то разница будет уже 15 к 11, это не так много.

Я ж говорю, это работает по тем же принципам что и электрическая цепь. Каждый участок - дополнительное сопротивление. Где сопротивления мало туда воздух течет охотнее.

35 минут назад, LYatsiuk сказал:

но можно уменьшить высоту воздухоприемных окон частично их перекрыв (уменьшить живое сечение)

здесь уже целое поле для экспериментов.

35 минут назад, LYatsiuk сказал:

Если у вас есть возможность, прогоните через cfx геометрию, очень уж интересно увидеть разницу в расчетах.

Вот это уже давайте на платной основе. Путь я Вам указал. Если интересно то пишите в личку.

3 часа назад, LYatsiuk сказал:

Возможно стоит сделать внешний объем?

В принципе можно попробовать, ведь ветки расположены близко, может так получиться что они будут друг на друга влиять.

42 минуты назад, LYatsiuk сказал:

Меня смущает, что бортотсос работает так как есть и достаточно нормально тянет.

При сорока метрах в секунду смотрите как бы это устройство работяг не стало засасывать.

Изменено 17 июля 2020 пользователем karachun

[karachun 2 038]

57 минут назад, LYatsiuk сказал:

очень уж интересно увидеть разницу в расчетах

И еще. Обе программы выдадут примерно один результат на адекватных сетках. Математика везде одна, решение зависит от расчетчика а не от программы.

[LYatsiuk 3]

В 17.07.2020 в 16:08, karachun сказал:

В принципе можно попробовать, ведь ветки расположены близко, может так получиться что они будут друг на друга влиять.

При сорока метрах в секунду смотрите как бы это устройство работяг не стало засасывать.

Никого никуда не засасывает. Просто нужно программе задавать правильные начальные условия. Внешний объем решил проблему.

[karachun 2 038]

49 минут назад, LYatsiuk сказал:

Внешний объем решил проблему.

У Вас по цифрам расход гуляет от 80 до 420 м3/ч.

Изменено 18 июля 2020 пользователем karachun

[LYatsiuk 3]

Ну так сечениями не увязаны проемы, потому и гуляет.

[karachun 2 038]

40 минут назад, LYatsiuk сказал:

сечениями не увязаны проемы

Это в смысле сечения еще нужно оптимизировать?

[LYatsiuk 3]

36 минут назад, karachun сказал:

Это в смысле сечения еще нужно оптимизировать?

Это устройство существующее и установлено на ванне. Изучая CFD, хочется понимать насколько достоверны результаты будут. Для этого я взял существующее и начал делать цифровую модель для расчета, потому у меня и возникли вопросы, результаты расчета не совпадали с действительностью. В жизни бортовой отсос работает удовлетворительно (но совсем не оптимально), а на первых расчетах результат был совсем не правдоподобный. Сбалансировать окна очень просто - рассчитать (или эмпирически сделав подвижные заслонки) размеры сечений и частично перекрыть окна.  Сейчас результаты расчета похожи на правду, конечно же со своими допущениями. Я еще не делал зеркало раствора, не игрался с температурой. Только внес сквозняк (ГУ скорости на входе во внешний объем и давление с противоположной стороны).

Изменено 18 июля 2020 пользователем LYatsiuk

[karachun 2 038]

@LYatsiuk А нельзя на эту установку в процессе работы положить лист из жести? Тогда парам будет некуда деться кроме как в вытяжку.

 

Еще можно будет потом задать зеркало жидкости как вход по массе и запустить выделение паров. Тогда прямо будет видно насколько эффективно работает вытяжка.

https://www.youtube.com/watch?v=zy6iZLIZnk8

[LYatsiuk 3]

47 минут назад, karachun сказал:

@LYatsiuk А нельзя на эту установку в процессе работы положить лист из жести? Тогда парам будет некуда деться кроме как в вытяжку.

Так и делается, если происходит продолжительный процесс, то ванны накрывают крышкой. Но здесь подвески постоянно ставят-снимают и заморачиваться с крышкой не захотят.

 

47 минут назад, karachun сказал:

Еще можно будет потом задать зеркало жидкости как вход по массе и запустить выделение паров. Тогда прямо будет видно насколько эффективно работает вытяжка.

https://www.youtube.com/watch?v=zy6iZLIZnk8

Пока не вникал в этот вопрос, видел туториал по дыму, возможно он подойдет. Но на вскидку думал дать зеркалу массовый расход пара, а в результатах уже запустить анимацию частиц которые будут имитировать аэрозоль. Но не понятно, что делать с температурой.