Граничные условия для симуляции естественной вентиляции.

[Anatoly55 1]

Дано. Имеется сборка 7-этажного стояка кухонь.                                     
Сборка состоит из упрощенных 3D-моделей:                                                
подвала(К0), 7 кухонь с вентблоком(К1-К7), теплого чердака(ТЧ).                         
На внешних стенах  имеется по одному проточному отверстию из улицы в помещение.
За счет разности температур на улице и в помещении создаются потоки воздуха 
по траекториям: 
улица->входное проточное отверстие->помещение->                                         
канал-спутник вентблока->сборная шахта вентблока->                                      
теплый чердак->выходное проточное отверстие в атмосферу.                                

   Требуется.  Правильно задать граничные условия на заглушках проточных отверстий   
для максимально правильной симуляции потоков воздуха.                       
 Пример 1.                                                                              
Температура, влажность воздуха:                                                         
на улице -2.3 C, 33%;                                                                   
на кухне 25.2 C, 31%                                                                    
Атмосферное давление на уровне проточного отверстия 4-го этажа - 97900 Pa,              
высота на уровнем моря 161 m.                                                           
   Известно, что при подъеме на каждые 8 м атмосферное давление падает на 100 Pa.       
Следовательно, при подъеме на 1 м атмосферное давление падает на 
100/8=12.5 Pa, соответственно, при уменьшении высоты 1 м - растет на 12.5 Pa.           
Поэтому давление на уровне моря = 97900+161*12.5=99913 Pa.                              
Высота этажа 2.8 м, следовательно, 1 этаж дает 100/8*2.8=35 Pa.                         
Расчетное Атмосферное давление по этажам:                                               
подвал - 99560                                                                          
этаж 1 - 99595                                                                          
этаж 2 - 99630                                                                          
этаж 3 - 99665                                                                          
этаж 4 - 99700                                                                          
этаж 5 – 99735                                                                          
этаж 6 – 99770                                                                          
этаж 7 – 99805                                                                          
чердак — 99840                                                                          
крыша —  99875                                                                          
   Установил ГУ как Давление окружающей среды(ДОС)                                      
(я не уверен, что так будет правильно).                                                 
ДОС К0  99560 Pa (подвал)                                                               
ДОС К1  99595 Pa (кухня 1-го этажа)                                                     
ДОС К2  99630 Pa  ...                                                                   
ДОС К3  99665 Pa  ...                                                                   
ДОС К4  99700 Pa  ...                                                                   
ДОС К5  99735 Pa  ...                                                                   
ДОС К6  99770 Pa  ...                                                                   
ДОС К7  99805 Pa (кухня 7-го этажа)                                                     
ДОС ТЧ1 99840 Pa (Теплый чердак, продуха)                                               
ДОС ТЧ2 99875 Pa (Теплый чердак, выходное отверстие в атмосферу)                   
   Расчет проходит довольно быстро, но результат не соответствует действительности,
что и следовало ожидать.
   Как правильно задавать ГУ в данном конкретном случае?
   Как учесть(задать в ГУ) перепад температур на улице и в помещении? 
       

[Fedor 1,519]

условия для конвективного теплообмена надо посмотреть в матфизике... 

[Anatoly55 1]

23.12.2022 в 09:51, Fedor сказал:

условия для конвективного теплообмена надо посмотреть в матфизике... 

Вычислил, что при температуре на улице -2.3 C, а в помещении 25.2 C
будет создаваться давление в сторону помещения равное 13 Pa. 
Похоже ли на правду?      
Как это "обнародовать", добавить в ГУ(Граничные Условия)?            
 

[MurzaykinDV 2]

@Anatoly55 Здравствуйте! Если воздух принимать как идеальный газ и пользоваться соответствующим уравнением, получается ΔP=P1-P2=rho1*R*T1-rho2*R*T2=1,185(при 25°С)*287,05*(273,15+25,2)-1.293(при 0°С)*287,05*(273,15-2,3) =957,5 Па. По вопросу расчетов в Solid, к сожалению, ничего сказать не могу.

[Кварк 117]

22.12.2022 в 23:18, Anatoly55 сказал:

Дано. Имеется сборка 7-этажного стояка кухонь.                                     
Сборка состоит из упрощенных 3D-моделей:                                                
подвала(К0), 7 кухонь с вентблоком(К1-К7), теплого чердака(ТЧ).                         
На внешних стенах  имеется по одному проточному отверстию из улицы в помещение.
За счет разности температур на улице и в помещении создаются потоки воздуха 
по траекториям: 
улица->входное проточное отверстие->помещение->                                         
канал-спутник вентблока->сборная шахта вентблока->                                      
теплый чердак->выходное проточное отверстие в атмосферу.                                

   Требуется.  Правильно задать граничные условия на заглушках проточных отверстий   
для максимально правильной симуляции потоков воздуха.                       
 Пример 1.                                                                              
Температура, влажность воздуха:                                                         
на улице -2.3 C, 33%;                                                                   
на кухне 25.2 C, 31%                                                                    
Атмосферное давление на уровне проточного отверстия 4-го этажа - 97900 Pa,              
высота на уровнем моря 161 m.                                                           
   Известно, что при подъеме на каждые 8 м атмосферное давление падает на 100 Pa.       
Следовательно, при подъеме на 1 м атмосферное давление падает на 
100/8=12.5 Pa, соответственно, при уменьшении высоты 1 м - растет на 12.5 Pa.           
Поэтому давление на уровне моря = 97900+161*12.5=99913 Pa.                              
Высота этажа 2.8 м, следовательно, 1 этаж дает 100/8*2.8=35 Pa.                         
Расчетное Атмосферное давление по этажам:                                               
подвал - 99560                                                                          
этаж 1 - 99595                                                                          
этаж 2 - 99630                                                                          
этаж 3 - 99665                                                                          
этаж 4 - 99700                                                                          
этаж 5 – 99735                                                                          
этаж 6 – 99770                                                                          
этаж 7 – 99805                                                                          
чердак — 99840                                                                          
крыша —  99875                                                                          
   Установил ГУ как Давление окружающей среды(ДОС)                                      
(я не уверен, что так будет правильно).                                                 
ДОС К0  99560 Pa (подвал)                                                               
ДОС К1  99595 Pa (кухня 1-го этажа)                                                     
ДОС К2  99630 Pa  ...                                                                   
ДОС К3  99665 Pa  ...                                                                   
ДОС К4  99700 Pa  ...                                                                   
ДОС К5  99735 Pa  ...                                                                   
ДОС К6  99770 Pa  ...                                                                   
ДОС К7  99805 Pa (кухня 7-го этажа)                                                     
ДОС ТЧ1 99840 Pa (Теплый чердак, продуха)                                               
ДОС ТЧ2 99875 Pa (Теплый чердак, выходное отверстие в атмосферу)                   
   Расчет проходит довольно быстро, но результат не соответствует действительности,
что и следовало ожидать.
   Как правильно задавать ГУ в данном конкретном случае?
   Как учесть(задать в ГУ) перепад температур на улице и в помещении? 
       

Мне кажется, что нужно задавать не через давление окружающей среды, а просто через давление. 

[Anatoly55 1]

4 часа назад, MurzaykinDV сказал:

@Anatoly55 Здравствуйте! Если воздух принимать как идеальный газ и пользоваться соответствующим уравнением, получается ΔP=P1-P2=rho1*R*T1-rho2*R*T2=1,185(при 25°С)*287,05*(273,15+25,2)-1.293(при 0°С)*287,05*(273,15-2,3) =957,5 Па. По вопросу расчетов в Solid, к сожалению, ничего сказать не могу.

   Здравствуйте! Я изучал уравнение Менделева-Клайперона для идеального газа                   
 очень, очень давно(1970-1972) и по жизни не был связан с подобными задачами.                  
Поэтому с моей стороны  грубые ошибки не исключены.                                            
Как и у Вас - это было первое, что пришло мне в голову и я просчитывал этот вариант.           
  Вот мой 1-ый вариант по уравнению Менделеева-Клапейрона для идеального газа                  
  Имеем:                                                                                       
  (1) p*V=m/M*R*T   - уравнение Менделеева-Клапейрона                                          
  (2) p=(m/V)/M*R*T - разделили обе части уравнения (1) на V                                   
  (3) p=ro/M*R*T   - учли, что по определению плотность ro=m/V                                 
  (4) Text=273.15-2.3 = 270.85 K  - внешняя(на улице) температура в K;                         
  (5) Tint=273.15+25.2 = 298.35 K - внутренняя(на кухне) температура в K;                      
  (6) R=8.314 дж*(моль*K)                                                                      
  (6) Ma=0.02898 кг/моль - средняя молярная масса воздуха https://ru.wikipedia.org/wiki/Воздух
  (7) roext(-2.3 С)= 1.304 кг/м^3  калькулятор здесь https://aboutdc.ru/page/1755.php          
  (8) roint(25.2 С)= 1.184 кг/м^3  калькулятор здесь https://aboutdc.ru/page/1755.php          
  (9) paext=(roext/Ma)*R*Text  давление воздуха с внешней стороны  согласно (3)                
 (10) paint=(roint/Ma)*R*Tint  давление воздуха с внутренней  стороны  согласно (3)            
 (11) paint-paext=(roint/Ma)*R*Tint-(roext/Ma)*R*Text                                          
 (12) paint-paext=R/Ma*(roint*Tint-roext*Text)                                                 
 (12) paint-paext=8.314/0.02898*(1.184*298.35-1.304*270.85)=16.6394755 Pa                      
   Как видите очень большое расхождение с Вашим результатом.                                   
   Чей результат правильный? Если моя ошибка, то где?                                          
Но этот вариант я забраковал, т.к., уравнение для идеального газа.                             
Позже я взял 2-ой вариант для реального газа                                                   
и получил приблизительно 13 Pa. Но есть мысли насчет 3-го варианта.                            
Предположительно, результат будет раза в 2 меньше.                                             
 

 

[Anatoly55 1]

35 минут назад, Anatoly55 сказал:

           
   Как видите очень большое расхождение с Вашим результатом.                                   
   Чей результат правильный? Если моя ошибка, то где?                                          
 

 

Ошибок в расчете на нашел. Разница в плотностях. даже разница в 0.001 в плотности дает большое расхождение в итоге. 
Критерий истины - практика. Что могли бы показать реальные измерения давления и т.п. Вопрос ко всем участникам, к практикам особенно.

Описка. надо  ... не нашел

 

[Anatoly55 1]

Оказывается есть неновая и непростая книга на английском(хорошо бы найти что-нибудь подобное на русском)

Верстег Х.К., Малаласекера В. Введение в вычислительную гидродинамику: методы конечных объемов, 1996 год.
   

[a_schelyaev 350]

Добавьте к расчетной области внешний забортный объем, в котором улица будет "обслуживать" все отверстия. Сетки добавится ее так много, а вопросы снимутся. Нужно только понять как гидростатика в решателе устроена, чтобы на едином внешнем ГУ все правильно задать.

Как итог расход и давление в проёмах отверстий получите из расчета и сравните с вашими рукопашными выкладками

Edited January 4 by a_schelyaev

[Anatoly55 1]

04.01.2023 в 23:38, a_schelyaev сказал:

Добавьте к расчетной области внешний забортный объем, в котором улица будет "обслуживать" все отверстия. Сетки добавится ее так много, а вопросы снимутся. Нужно только понять как гидростатика в решателе устроена, чтобы на едином внешнем ГУ все правильно задать.

Как итог расход и давление в проёмах отверстий получите из расчета и сравните с вашими рукопашными выкладками

Спасибо большое, отличная идея, после праздника попробую. Правда, на данный момент, не совсем понимаю формулировку "внешний забортный объем".  Внешний забортный объем это что?  Это как бы виртуальное дополнение к кухням(замкнутая комната с условиями улицы - температурой и прочим), подвалу и теплому чердаку со стороны приточных отверстий? Какого размера эту виртуальную комнату(объем) создать? А как с общим выходным отверстием на ТЧ(Теплом чердаке)? Тоже добавить там виртуальный объем(помещение сверху с условиями улицы)?
    Кстати, "рукопашные выкладки" провел еще и на основе уравнения Ван-дер-Ваальса. Получился перепад давлений  с улицей 29 Pa. Интересно, что покажет решатель.

 

[a_schelyaev 350]

Объем улицы добавить. Отступите от стенки в 2-3 высоты окна.

Уравнения реального газа в основном нужны в метастабильной зоне.

[Anatoly55 1]

Высота окна = 1.4 м(1/2 высоты этажа), Следовательно, отступаю от стенки со стороны окон на 2.8 м - 4.2 м. А как быть с объемом над теплым чердаком(на выходе воздуха в атмосферу)? Там тоже добавлять объем улицы? Если да, то какой объем улицы добавить над теплым чердаком? 
Еще задумался, как бы попроще добавить объем улицы? Пристроить некий каркас  к сборке стояка? 
Атмосферное давление меняется с высотой по Барометрической формуле. Можно ли задать ГУ с Барометрической формулой?
Объем улицы задавать одним 7-миэтажным куском + высота подвала + высота теплого чердака или в виде этажерки с возможностью создавать заглушки задавать ГУ на каждом этаже?