تحلیل عددی تهنشینی ذرات داخل اتاق بااستفاده‌از مدل ادی‌های بزرگ بر پایۀ روش شبکۀ بولتزمن

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 6، دوره 30، شماره 2 - شماره پیاپی 20، شهریور 1398، صفحه 83-94   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v30i2.68789

نویسندگان

حسن سجادی^{* 1}؛ مازیار سلمان زاده²؛ گودرز احمدی³؛ سعید جعفری⁴

¹دانشگاه بجنورد

²دانشگاه شهیدباهنر کرمان

³کلارکسون امریکا

⁴شهیدباهنر کرمان

چکیده

در این مقاله ته‌نشینی ذرات با اندازه‌های مختلف (10 نانومتر تا 10 میکرومتر) داخل اتاق با استفاده از مدل ادی‌های بزرگ و زمان آرامش چندگانه بر پایۀ روش شبکۀ بولتزمن مورد بررسی قرار گرفته است و اثر نیروهای بویانسی، درگ و برونین بر روی ته‌نشینی ذرات بر روی دیواره‌های مختلف اتاق اداری تحلیل شد. برای مدل کردن ادی‌های کوچک از مدل بهبودیافته اسماگورنسکی استفاده شد. برای بررسی ته‌نشینی ذرات داخل اتاق، تعداد 144 ذره در هر بازه زمانی 05/0 ثانیه از دریچه ورودی جریان به داخل اتاق تزریق شد و بعد از گذشت 30 ثانیه تزریق ذره متوقف گردید، در مجموع 86400 ذره وارد اتاق شد. نتایج به‌دست آمده نشان دادند که روش عددی مورد استفاده همخوانی خوبی با روش‌های عددی و آزمایشگاهی گذشته دارد. تعداد ذرات ته‌نشین شده بر روی دیواره‌های مختلف اتاق بر حسب زمان محاسبه گردید و مشاهده شد که تعداد ذرات ته‌نشین شده به مرور زمان افزایش می‌یابد و ته‌نشینی ذرات با اندازه بزرگتر بیشتر می‌باشد. تراکم ذرات داخل اتاق بر حسب زمان نشان داده شد. لحظه شروع تزریق ذرات به داخل اتاق، تراکم آنها در ناحیه ورودی بیشتر می‌باشد و به مرور زمان تراکم در نواحی دور از ورودی جریان افزایش می‌یابد. نتایج به‌دست آمده از این پژوهش در طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع اتاق‌های اداری و بیمارستانی کاربرد قابل توجهی خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

روش شبکه بولتزمن؛ مدل حل ادی های بزرگ؛ پخش و ته نشینی ذرات؛ مدل بهبودیافته اسماگورنسگی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

6-EA-Sajjadi-Nahayi.pdf

مراجع

1. Sajjadi, H., Salmanzadeh, M., Ahmadi, G. and Jafari, S., “Combination of Lattice Boltzmann Method and RANS Approach for Simulation of Turbulent Flows and Particle Transport and Deposition”, Particuology, Vol. 30, pp. 62-72, (2017).

2. Jiang, J.B., Wang, X.L., Sun, Y.Z. and Zhang, Y.H., “Experimental and numerical study of airflows in a full-scale room”, ASHRAE Transactions, Vol. 115, pp. 867–886, (2009).

3. Smargorinsky, J., “General circulation experiment with the primitive equations”, Monthly Weather Review, Vol. 91, pp. 99–164, (1963).

4. Sukop, M. C. and Thorne Jr, D. T., “Lattice Boltzmann Modeling: An Introduction for Geoscientists and Engineers”, New York, Springer, (2006).

5. Succi, S., “The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond”, Oxford University Press: Oxford, (2001).

6. Sajjadi, H., Salmanzadeh, M., Ahmadi, G. and Jafari, S., “Turbulent Indoor Airflow Simulation Using Hybrid LES/RANS Model Utilizing Lattice Boltzmann Method”, Computers and fluids, Vol. 150, pp. 66-73, (2017).

7. Jafari, S. and Rahnama, M., “Shear-improved Smagorinsky modeling of turbulent channel flow using generalized Lattice Boltzmann equation”, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 67, pp. 700–712, (2011).

8. Sajjadi, H., Gorji, M., Kefayati, G.H.R. and Ganji, D.D., “Lattice Boltzmann Simulation of Turbulent Natural Convection in Tall Enclosures Using Cu/Water Nanofluid”, Numerical Heat Transfer, Part A, Vol. 62, pp. 512–530, (2012).

9. Krafczyk, M., Tölke, J., Luo, L.S., “Large eddy simulation with a multiple-relaxationtime LBE model”, International Journal of Modern Physics B, Vol. 17, pp. 33-39, (2003).

10. Premnath, K. N., Pattison, M.J. and Banerjee, S., “Generalized Lattice Boltzmann equation with forcing term for computation of wall bounded turbulent flows”, Physical Review E, Vol. 79, pp. 026703-1–026703-19, (2009).

11. Salmanzadeh, M., Rahnama, M. and Ahmadi, G., “Effect of subgrid scales on large eddy simulation of particle deposition in a turbulent channel flow”, Journal of Aerosol Science and Technology, Vol. 44, pp.796–806, (2010).

12. Jafari, S., Salmanzadeh, M., Rahnama, M. and Ahmadi, G., “Investigation of particle dispersion and deposition in a channel with a square cylinder obstruction using the lattice Boltzmann method”, Journal of Aerosol Science, Vol. 41, pp. 198–206, (2010).

13. Ding, L., Fung, J.L.S., Seepana, S. and Lai, A.C.K., “Numerical study on particle dispersion and deposition in a scaled ventilated chamber using a lattice Boltzmann method”, Journal of Aerosol Science, Vol. 47, pp. 1–11, (2012).

14. Samari Kermani, M., Jafari, S., Rahnama, M. and Salmanzadeh, M., “Particle Tracking in Large Eddy Simulated Turbulent Channel Flow Using Generalized Lattice Boltzmann Method”, Particulate Science and Technology, Vol. 32, pp. 404–411, (2014).

15. Sajjadi, H., Salmanzadeh, M., Ahmadi, G. and Jafari, S., “Simulations of Indoor Airflow and Particle Dispersion and Deposition by the Lattice Boltzmann Method Using LES and RANS Approaches”, Building and Environment, Vol. 102, pp. 1-12, (2016).

16. Frisch, U., Hasslacher, B. and Pomeau, Y., “Lattice-Gas Automata For Navier-Stokes Equation”, Physics Review Letter, Vol. 56, pp. 1505-1508, (1986).

17. d’Humières, D., Ginzburg, I., Krafczyk, M., Lallemand, P. and Luo, LS., “Multiple-relaxation-time Lattice Boltzmann models in three dimensions”, Philosophical Transactions of the Royal Society A, Vol. 360, pp. 437–452, (2002).

18. Yu, H., Luo, L.S. and Girimaji, S., “LES of turbulent square jet flow using an MRT Lattice Boltzmann model”, Computers and Fluids, Vol. 35, pp. 957–965, (2006).

19. Pattison, M.J., Premnath, K.N. and Banerjee, S., “Computation of turbulent flow and secondary motions in a square duct using a forced generalized Lattice Boltzmann equation”, Physical Review E, Vol. 79, pp. 026704-1–026704-13, (2009).

20. Premnath, K. N., Pattison, M. J. and Banerjee, S., “Dynamic subgrid scale modeling of turbulent flows using Lattice– Boltzmann method”, Physica A, Vol. 388, pp. 2640–2658, (2009).

21. Tian, L. and Ahmadi, G., “Particle deposition in turbulent duct flows comparisons of different model predictions”, Journal of Aerosol Science, Vol. 38, pp. 377–397, (2007).

22. Zhang, H. and Ahmadi, G., “Aerosol particle transport and deposition in vertical and horizontal turbulent duct flow”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 406, pp. 55–80, (2000).

23. Li, A. and Ahmadi, G., “Deposition of aerosols on surfaces in a turbulent channel flow”, International Journal of Engineering Science, Vol. 31, pp.435–451, (1993).

24. Posner, J.D., Buchanan, C.R. and Dunn-Rankin, D., “Measurement and prediction of indoor air flow in a model room”, Energy and Buildings, Vol. 35, pp. 515–526, (2003).

25. Tian, Z.F., Tu, J.Y., Yeoh, G.H. and Yuen R.K.K., “On the numerical study of contaminant particle concentration in indoor air flow”, Building and Environment, Vol. 41, pp. 1504–1514, (2006).

26. Hardalupas, Y. and Taylor, A., “On the measurement of particle concentration near a stagnation point”, Experiments in Fluids, Vol. 8, pp. 113–118, (1998).

27. Zhu, J., Rudoff, R., Bachalo, E. and Bachalo, W.N., “Number density and mass flux measurements using the phase Doppler particle analyzer in reacting and non-reacting swirling flows”, In: AIAA, Aerospace sciences meeting, (1993).

28. Salmanzadeh, M., Zahedi, Gh., Ahmadi, G., Marr, D.R. and Glauser, M., “Computational modeling of effects of thermal plume adjacent to the body on the indoor airflow and particle transport”, Journal of Aerosol Science, Vol. 53, pp. 29–39, (2012).