L Ü F T U N G S T E C H N I K /S T R Ö M U N G S T E C H N I K Hans-Dieter Hilbrich Berechnung der Zuströmung zu Absaugvorrichtungen mit Wirbeleinlass Vorrichtungen zur gezielten Absaugung von Gasen werden häufig als einfache Hauben oder Einlässe ausgeführt. Die Geschwindigkeitsverteilungen um diese Einrichtungen bilden sich räumlich aus. Damit nehmen die Strömungsgeschwindigkeiten üblicherweise mit der dritten Potenz der Entfernung ab. Dies führt dazu, dass eine gezielte Erfassung der abzusaugenden Gase sehr schwierig ist. Eine Lösung dieses Problems kann mit Wirbelabsaugungen erfolgen. Verschiedene Varianten derartiger Vorrichtungen sind unter anderem in [1] vorgestellt. 1. Das geometrische Modell Flow calculations for exhaustion devices by vortexes Devices for extracting gases by suction are often designed as simple caps ore intakes. Flow velocities around such installations are threedimensionally distributed. Thus flow velocity usually decreases with the third power of distance. In fact of this, the concerted collection of the gases, to be extracted is extremely difficult. A solution to this problem is the usage of vortexes for extraction. Different variants of such apertures are explained in [1]. Für Betrachtungen zur Gestaltung von Wirbeleinlässen ist es interessant, die Zuströmung und die Ausbildung des Wirbels zu untersuchen. Im Prinzip erfolgt die Absaugung immer seitlich aus einem Wirbel. Die Zuströmung muss aber die Ausbildung eines Wirbels ermöglichen. Für die Berechnungen wurde eine Variante, die auch weiterführende Untersuchungen im Wasserkanal ermöglicht, und eine die der bekannten Wirbelabsaugung entspricht gewählt. Die Geometrien der gewählten Kanäle zeigen die Bilder 1 und 2. Bei der ersten Variante erfolgt die Zuströmung von links über einen relativ großen Raum in einen Absaugschlitz. Der Schlitz führt in einen Wirbelraum, aus dem nach unten abgesaugt wird. In der zweiten Berechnungsversion erfolgt die Zuströmung von links und wird über zwei Anschlüsse rechts und links abgesaugt. Mit den Berechnungen soll unter anderem untersucht werden: Welche Lage darf der Schlitz haben damit sich ein stabiler Wirbel ausbildet? Wie groß kann die Öffnung sein, um einen Wirbel zu erzeugen? Welchen Einfluss hat die Lage der Vorrichtung im Raum 2. Das Rechenmodell Die Berechnungen erfolgten mit dem Strömungsberechnungsprogramm PHOENICS. Die Geometrie wurde mit dem Editor für virtuelle Realität (VR Editor) erstellt. Das Modell nach Bild 1 ist 800 mm lang und 500 mm breit. Der Zuströmraum ist 300 mm lang, 500 mm breit und 100 mm hoch. Für das Absaugrohr wurde ein Durchmesser von 160 mm gewählt. Auf der linken Seite des Modells ist eine Zuströmung und rechts eine Abströmung angeordnet Bild 3. Das Modell wurde in 60 50 40 Volumenelemente (Quader) eingeteilt. Die Verteilung der Elemente erfolgte, wie im Bild 3 gezeigt, ungleichmäßig. Die Berechnungen erfolgten für Wasser, um Keywords: flow calculation,exhausting gases, vortex extraction Prof. Dr.-Ing. H.-D. Hilbrich, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH), FB Maschinenbau/Verfahrenstechnik F KI Luft- und Kältetechnik 1-2/2006 Bild 1: Draufsicht und Seitenansicht des Strömungskanals. Zum besseren Verständnis wurden Geschwindigkeitsvektoren und Stromlinien eingetragen 35 L Ü F T U N G S T E C H N I K /S T R Ö M U N G S T E C H N I K einen Vergleich der Ergebnisse mit den Messungen im Wasserkanal zu ermöglichen. Die Zuströmgeschwindigkeit wurde mit 0,1 m/s festgelegt. Im zweiten Modell wurde eine Luftströmung in einem 2,5 m 3 m 2 m großen Raum berechnet. 3. Ergebnisse der Rechnung für Wasser Im Bild 4 sind die Ergebnisse für verschiedene Zuströmungen dargestellt. Der Einlass wurde vom Rand allmählich in die Mitte verschoben. Es kann gezeigt werden, dass eine unsymmetrische Zuströmung für die Ausbildung des Wirbels erforderlich ist. Die abgesaugten Volumenströme steigen ebenfalls mit der sicheren Ausbildung des Wirbels. Einen Vergleich zum Wasserkanal zeigt Bild 5. Die Strömung entwickelt sich zur Rechnung vergleichbar. Der qualita- tive Vergleich zeigt eine gute Übereinstimmung von Rechnung und Experiment. Damit kann davon ausgegangen werden, dass die Rechnung mit den angenommenen Randbedingungen die Realität richtig widerspiegelt. 4. Ergebnisse der Rechnung für Luft Für die Berechnungen in Luft wurde das im Bild 2 dargestellte Modell verwendet. Im Besonderen stand die Anordnung der Absaugung im Raum im Mittelpunkt. Die Vorrichtung selbst entspricht im Prinzip der von der Firma IMTECH entwickelten Anordnung. Bild 6 zeigt die freie Aufhängung der Vorrichtung an einer Wand. Die Luft wird an beiden Seiten der Vorrichtung abgesaugt. Durch die symmetrische Zuströmung verteilt sich die Luft gleichmäßig auf die beiden Auslässe. Ein Wir- bel der die Abströmung intensiviert entsteht nicht. Bei der in Bild 7 gezeigten Anordnung steht die Vorrichtung auf einer festen Wand. Sie ist in einer Ecke angeordnet. Damit ergibt sich eine unsymmetrische Zuströmung und die Strömung beginnt sich zu einem Wirbel einzudrehen. Dies entspricht den gewünschten Vorstellungen, da Wirbel Teilchen die in ihren Bann geraten nach innen ziehen. Die Absaugung anschließend erfolgt aus dem Wirbelzentrum. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich, Schadstoffe oder Rauch gezielter zu erfassen. 5. Zusammenfassung Mit den aufgezeigten Berechnungen konnte gezeigt werden, dass es möglich und sinnvoll ist das Strömungsberechnungsprogramm PHOENICS zur Simulation von wirbelbehafteten Absaugun- Bild 2: Absaugvorrichtung mit seitlicher Abströmung Bild 4: Variation der Lage der Zuströmung und Ausbildung des Wirbels Bild 3: Geometrisches Modell mit Einteilung in Volumenelemente 36 Bild 5: Außermittige und mittige Zuströmung im Wasserkanal [2]. Die Strömung wurde mit Aufstreuteilchen markiert. Zusätzlich wurde eine Wand, unten als Begrenzung eingeführt F KI Luft- und Kältetechnik 1-2/2006 L Ü F T U N G S T E C H N I K /S T R Ö M U N G S T E C H N I K Bild 6: Absaugvorrichtung frei an einer Wand hängend angeordnet. Die Ansaugung erfolgt in der Mitte und die Abströmung über die beiden Seiten gen zu verwenden. Es konnten Aussagen zur Zuströmung, zur Konstruktion der Absaugvorrichtung und zur Anordnung im Raum abgeleitet werden. Ein Vergleich mit Untersuchungen im Wasserkanal ergibt eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse. F KI Luft- und Kältetechnik 1-2/2006 Bild 7: Absaugvorrichtung in einer Ecke angeordnet. Die Vorrichtung steht auf einer festen Wand Literatur [1] Detzner, R.: Rauchfreihaltung von Rettungswegen in Gebäuden im Brandfall. KI Luft- und Kältetechnik 37 (2001) 11; S. 240 [2] Kaßner, O.; Diplomarbeit im Studiengang TGA der HTW Dresden (FH) 2005 Schlüsselwörter Srömungsberechnung Absaugung von Gasen Wirbelabsaugung 37
© Copyright 2024 ExpyDoc
