مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیر زاویه هوای ورودی از دریچه‌های چرخشی در سیستم توزیع هوای زیر سطحی بر الگوی پخش ذرات میکرونی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
چکیده
آلاینده‏های ذره‏ای در فضاهای داخلی تهدیدی جدی برای سلامتی انسان‏ها محسوب می­شوند، از این رو شناخت، بررسی و کنترل پخش این ذرات در فضاهای داخلی امری ضروری است. در تحقیق حاضر تاثیر زاویه چرخش بر توزیع و پخش ذرات آلاینده با قید آسایش حرارتی در یک اتاق با دریچه چرخشی در یک سیستم تهویه زیر سطحی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای تحلیل جریان سیال و توزیع ذرات در فضای مورد نظر از توسعه حلگرهای اپن‏فوم در دیدگاه اویلری- لاگرانژی و از مدل دو نقطه‌ای گایج برای بررسی شرایط آسایش حرارتی استفاده شده است. میدان جریان و توزیع ذرات با وجود دریچه چرخشی با سه زاویه 30، 45 و 60 مورد بررسی و اعتبارسنجی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهند که در هر سه حالت فوق، شاخص TSENS در ناحیه آسایش حرارتی قرار دارند. با این حال با تغییر زاویه چرخش از 30 به 60 می‌توان نارضایتی موضعی ناشی از اختلاف عمودی دما را به اندازه یک درجه سلسیوس کاهش داد. بررسی تغییر زاویه هوای ورودی نشان می­دهند که در زوایای 30 و 60 درجه، درصد ذرات خارج شده با قطر 5/2میکرومتر به ترتیب برابر 32 و 55% کل ذرات هستند. به عبارت دیگر، با افزایش زاویه هوای ورودی درصد بیش‏تری از ذرات اولیه داخل اتاق خارج می­شوند و این رفتار مستقل از اندازه ذرات است. علاوه بر این با افزایش اندازه ذرات، ذرات بزرگتر سریع‏تر از ناحیه تنفسی خارج شده و ذرات کوچک‏تر مدت زمان طولانی‏تری در هوا باقی می­مانند، از این رو ذرات کوچک‏تر تاثیر بیش‏تری بر کیفیت هوای داخل دارند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Air Inlet Angle Effects in Swirling Diffuser of UFAD Systems on Micron Particles Pattern Distribution

نویسندگان English

M. Taheri
M. Afzalian
S.A. Zolfaghari
H. Hassanzadeh
MSc Mechanical engineering, University of Birjand
چکیده English

Particle pollutants in the indoor environment are a serious threat to human health. Therefore, it is necessary to recognition, investigation, and controls of the distribution of these particles in the indoor environment. In the present research, the effect of air inlet angle of swirling diffusers in UFAD systems has been investigated on micron particles pattern distribution by considering the thermal comfort condition. For analyzing the fluid flow and particle distribution, the development of OpenFoam solver by the Eulerian-Lagrangian method has been used. The two-node model of Gauge has been used for predicting the thermal comfort conditions. Inlet angles are set in three cases of 30, 45 and 60. Based on the results, in all three cases, the TSENS index is in the thermal comfort zone. However, by changing the swirling angle from 30 to 60, the vertical temperature difference can be reduced about 1℃. Investigation of changing the inlet angle shows that at inlet angle of 30 and 60 degrees, the percentage of particles exited with 2.5 micrometers diameter were 32% and 55% of the total particles, respectively. In other words, increasing the inlet air angle can lead to exit more amount of any size of particles from the room. In addition, by increasing particles size, larger particles removed faster from the breathing zone, and smaller particles will remain longer time in the air. Therefore, smaller particles have a greater impact on indoor air quality.

کلیدواژه‌ها English

Thermal Comfort
Particle Distribution
Swirling Diffuser
Indoor Air Quality
Rahimi-Gorji M, Pourmehran O, Gorji-Bandpy M, Gorji TB. CFD simulation of airflow behavior and particle transport and deposition in different breathing conditions through the realistic model of human airways. Journal of Molecular Liquids. 2015;209:121-133. [Link] [DOI:10.1016/j.molliq.2015.05.031]
Owen MS, editor. ASHRAE Handbook: Fundamentals. Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers; 2009. [Link]
Wang X, Zhang Y, Funk TL, Zhao L, Riskowski GL. Effect of ventilation system on particle spatial distribution in ventilated rooms. ASHRAE Transactions. 2004;110(2): 258-266. [Link]
Yocom JE. A critical review. Journal of the Air Pollution Control Association. 1982;32(5):500-520. [Link] [DOI:10.1080/00022470.1982.10465427]
Wallace L. Indoor particles: a review. Journal of the Air & Waste Management Association. 1996;46(2):98-126. [Link] [DOI:10.1080/10473289.1996.10467451]
Monn C. Exposure assessment of air pollutants: a review on spatial heterogeneity and indoor/outdoor/personal exposure to suspended particulate matter, nitrogen dioxide and ozone. Atmospheric Environment. 2001;35(1):1-32. [Link] [DOI:10.1016/S1352-2310(00)00330-7]
U. S. EPA. Why Is the Environment Indoors Important to Us? Indoor Environment Division [Internet]. Washington, DC: U.S. Environmental Protection Agency; 2000 [Unknown cited]. Available from: Not Found [Link]
Zhao B, Zhang Y, Li X, Yang X, Huang D. Comparison of indoor aerosol particle concentration and deposition in different ventilated rooms by numerical method. Building and Environment. 2004;39(1):1-8. [Link] [DOI:10.1016/j.buildenv.2003.08.002]
Kobayashi N, Chen Q. Floor-supply displacement ventilation in a small office. Indoor and Built Environment. 2003;12(4):281-291. [Link] [DOI:10.1177/1420326X03035918]
Lau J, Chen Q. Floor-supply displacement ventilation for workshops. Building and Environment. 2007;42(4):1718-1730. [Link] [DOI:10.1016/j.buildenv.2006.01.016]
Sajadi B, Saidi MH, Mohebbian A. Numerical investigation of the swirling air diffuser: Parametric study and optimization. Energy and Buildings. 2011;43(6):1329-1333. [Link] [DOI:10.1016/j.enbuild.2011.01.018]
Yao T, Lin Z. An experimental and numerical study on the effect of air terminal types on the performance of stratum ventilation. Building and Environment. 2014;82:431-441. [Link] [DOI:10.1016/j.buildenv.2014.09.021]
Fathollahzadeh MH, Heidarinejad G, Pasdarshahri H. Prediction of thermal comfort, IAQ, and energy consumption in a dense occupancy environment with the under floor air distribution system. Building and Environment. 2015;90:96-104. [Link] [DOI:10.1016/j.buildenv.2015.03.019]
Heidarinejad G, Fathollahzadeh MH, Pasdarshahri H. Effects of return air vent height on energy consumption, thermal comfort conditions and indoor air quality in an under floor air distribution system. Energy and Buildings. 2015;97:155-161. [Link] [DOI:10.1016/j.enbuild.2015.04.004]
Zhang K, Zhang X, Li S. Simplified model for desired airflow rate in underfloor air distribution (UFAD) systems. Applied Thermal Engineering. 2016;93:244-250. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2015.09.053]
Liu S, Clark J, Novoselac A. Air diffusion performance index (ADPI) of overhead-air-distribution at low cooling loads. Energy and Buildings. 2017;134:271-284. [Link] [DOI:10.1016/j.enbuild.2016.10.055]
Yau YH, Poh KS, Badarudin A. A numerical airflow pattern study of a floor swirl diffuser for UFAD system. Energy and Buildings. 2018;158:525-535. [Link] [DOI:10.1016/j.enbuild.2017.10.037]
Zhao B, Zhang Z, Li X, Huang D. Comparison of diffusion characteristics of aerosol particles in different ventilated rooms by numerical method. ASHRAE Transactions. 2004;110(1):88-95. [Link] [DOI:10.1016/j.buildenv.2003.08.002]
Zhao B, Zhang Y, Li X. Numerical analysis of the movement of biological particles in two adjacent rooms. ASHRAE Transactions. 2004;110(2). [Link]
Fanger PO. Thermal comfort: analysis and applications in environmental engineering. New York: McGraw Hill; 1970. [Link]
Gagge AP, StolwijkJAJ, Nishi Y. An effective temperature scale based on a simple model of human physiological regulatory response. ASHRAE Transactions. 1971;77:247-262. [Link]
Fessler JR, Eaton JK. Turbulence modification by particles in a backward-facing step flow. Journal of Fluid Mechanics. 1999;394:97-117. [Link] [DOI:10.1017/S0022112099005741]
BS EN. ISO 7730:2005 - Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. Ergonomics of the physical environment. 2005. [Link]
ASHRAE. ANSI/ASHRAE Standard 55-2013: Thermal environmental conditions for human occupancy. ASHRAE Journal [Internet]. 2013 [Unknown cited]. Available from: https://bit.ly/2UeAoRB. [Link]