مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پرده هوای خودکار برای بهبود شرایط تهویه در فضاهای بسته بر پایه کنترل مود لغزشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
10.48311/mme.2026.96872.0
چکیده
پرده‌های هوا معمولا در کاربردهای مختلفی از جمله سیستم‌های تهویه صنعتی، ساختمان‌های تجاری، اقدامات ایمنی در برابر آتش و سامانه‌های کنترل دود مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تجهیزات به‌ویژه در ایجاد یک مانع نامرئی از جریان هوای پرسرعت که محیط‌های داخلی و خارجی را از یکدیگر جدا می‌کند، بسیار مؤثر هستند. این مانع به‌طور قابل‌توجهی نفوذ هوای بیرونی را کاهش داده و در نتیجه از انتشار گازهای آلاینده در فضاهای بسته جلوگیری می‌کند. علاوه بر بهبود کیفیت هوای داخل، پرده‌های هوا با کاهش نشت هوا و انتقال حرارت در مرز جدایش، به تنظیم دما و افزایش بهره‌وری انرژی نیز کمک می‌کنند.
این مطالعه بر بهبود عملکرد پرده‌های هوا در مهار آلاینده‌ها، به‌ویژه کنترل کسر جرمی گاز دی‌اکسید کربن تحت شرایط متغیر جریان هوا و فشار که به‌عنوان اغتشاشات خارجی عمل می‌کنند، تمرکز دارد. برای دستیابی به این هدف، روش کنترل مود لغزشی در مکانیزم تنظیم سرعت پرده هوا به کار گرفته شده است. این روش به مقاوم بودن و کارایی بالا در مواجهه با سیستم‌های دارای عدم قطعیت بالا یا اغتشاشات خارجی شناخته می‌شود.
در این پژوهش، ساختار جت دیواره‌ای پرده هوا همراه با رویکرد کنترل مود لغزشی از طریق شبیه‌سازی‌های عددی جامع مورد بررسی قرار گرفته است. این شبیه‌سازی‌ها توانایی سیستم در حفظ جداسازی مؤثر آلاینده‌ها و کنترل آن‌ها را در شرایط محیطی پویا ارزیابی می‌کنند. نتایج نشان می‌دهد که سیستم کنترلی پیشنهادی به‌طور قابل‌توجهی پایداری و عملکرد پرده هوا را بهبود می‌بخشد و مهار مداوم آلاینده‌ها را تضمین می‌کند. حتی در شرایط نوسانات شدید فشار، سیستم عملکرد بهینه خود را حفظ کرده و ایمنی و کارایی عملیاتی را افزایش می‌دهد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Automated Air curtain for Enhanced Air Condition in Enclosed Spaces Based on Sliding Mode Control

نویسندگان English

Amirreza Mirzajani
Ghazaleh Babazadeh Asbagh
Sevda Rezazadeh Movahhed
Mohammad Ali Hamed
Moharram Jafari
Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Air curtains are commonly employed in a variety of applications, including industrial ventilation systems, commercial buildings, fire safety measures, and smoke control systems. These devices are particularly effective in creating an invisible barrier of high-velocity air that separates indoor and outdoor environments. This barrier significantly reduces the infiltration of external air, thereby limiting the spread of pollutant gases within enclosed spaces. In addition to improving indoor air quality, air curtains contribute to temperature regulation and energy efficiency by minimizing air leakage and reducing heat transfer across the separation boundary. This study focuses on enhancing the performance of air curtains for pollutant containment, specifically the control of CO₂ gas mass fraction under varying air and pressure conditions that act as external disturbances. To achieve this, a sliding mode control (SMC) method is integrated into the regulation mechanism of the air curtain velocity. The SMC approach is known for its robustness and effectiveness in handling systems with high degrees of uncertainty or external perturbations. A wall jet configuration of the air curtain, combined with the SMC strategy, is subjected to comprehensive numerical simulations. These simulations evaluate the system’s ability to maintain effective pollutant separation and control in dynamically changing environments. The results demonstrate that the proposed control system significantly enhances the stability and performance of the air curtain, ensuring consistent pollutant containment. Even under critical pressure fluctuations, the system maintains optimal functionality, offering improved safety, and operational efficiency.

کلیدواژه‌ها English

air curtain
air condition monitoring
pollutant gas containment
turbulence
sliding mode control
[1] Khayrullina, A., Blocken, B., de Almeida, M.O.M., van Hooff, T., van Heijst, G.: Impact of a wall downstream of an air curtain nozzle on air curtain separation efficiency. Building and Environment. 197, 107873 (2021). doi: 10.1016/j.buildenv.2021.107873.
[2] Ji, J., Lu, W., Li, F., Cui, X.: Experimental and numerical simulation on smoke control effect and key parameters of Push-pull air curtain in tunnel fire. Tunnelling and Underground Space Technology. 121, 104323 (2022).  doi: 10.1016/j.tust.2021.104323.
[3] Safarzadeh, M., Heidarinejad, G., Pasdarshahri, H.: The effect of vertical and horizontal air curtain on smoke and heat control in the multi-storey building. Journal of Building Engineering. 40, 102347 (2021). doi: 10.1016/j.jobe.2021.102347.
[4] Safarzadeh, M., Heidarinejad, G., Pasdarshahri, H.: Air curtain to control smoke and fire spread in a ventilated multi-floor building. International Journal of Thermal Sciences.159,106612(2021). doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2020.106612 .
[5] Yu, L., Chen, Y., Chen, S., Zhang, Y., Zhang, H., Liu, C.: Numerical analysis of the performance of a PID-controlled air curtain for fire-induced smoke confinement in a tunnel configuration. Fire Safety Journal. 141, 103930 (2023). doi: 10.1016/j.firesaf.2023.103930.
[6] ZHANG, L., YAN, Z.-z., LI, Z.-h., WANG, X.-m., HAN, X.-f., JIANG, J.-c.: Study on the effect of the jet speed of air curtain on smoke control in tunnel. Procedia engineering.211,1026–33(2018). doi: 10.1016/j.proeng.2017.12.106.
[7] Viegas, J.: Saltwater experiments with air curtains for smoke control in the event of fire. Journal of Building Engineering.8,243–8(2016). doi: 10.1016/j.jobe.2016.08.008.
[8] Zhang, T., Han, R.: Numerical study on the influence of subway platform air curtains on smoke diffusion. Case Studies in Thermal Engineering. 50, 103439 (2023). doi: 10.1016/j.csite.2023.103439.
[9] Shtessel, Y., Edwards, C., Fridman, L., Levant, A.: Sliding mode control and observation. Springer (2014). doi: 10.1007/978-0-8176-4893-0.
[10] Wilcox, D.C.: Turbulence modeling for CFD. 3rd ed. DCW industries La Canada, CA (2006). doi:
[11] Wilcox, D.C.: Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models. AIAA journal. 26(11), 1299–310 (1998). doi: 10.2514/3.10041.
[12] Menter, F.R.: Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA journal. 32(8), 1598–605 (1994). doi: 10.2514/3.12149.
[13] Babazadeh Asbagh, G.: Numerical investigation of the effect of different parameters in preventing the emission of polluting gasses in a room using air curtains. Msc Dissertation, University of Tabriz (2024).
[14] Maurel, S., Solliec, C.: A turbulent plane jet impinging nearby and far from a flat plate. Experiments in Fluids. 31(6),687–96(2001).doi: 10.1007/s003480100327.
[15] Eriksson, J., Karlsson, R., Persson, J.: An experimental study of a two-dimensional plane turbulent wall jet. Experiments in fluids. 25(1), 50–60 (1998). doi: 10.1007/s003480050207.