ZASTOSOWANIE PROGRAMU FLUENT DO MODELOWANIA ZJAWISK TERMODYNAMICZNYCH W KOMORZE KLIMATYCZNEJ

Transkrypt

1 Inżynera Rolncza 6(131)/011 ZASTOSOWANIE PROGRAMU FLUENT DO MODELOWANIA ZJAWISK TERMODYNAMICZNYCH W KOMORZE KLIMATYCZNEJ Darsz Tomewcz, Anaol Cdzewcz, Jolana Góreca-Orzechowsa Kaedra Aomay, Polechna Koszalńsa Sreszczene. W pracy przedsawono badana doyczące modelowana zaws ermodynamcznych w proeowane omorze lmayczne. Do modelowana zasosowano środowso Flen możlwaące symlace zaws z zasosowanem nmeryczne mechan płynów. Na podsawe model symlacynego wyznaczono prędośc ern przepływ srmen powerza w omorze lmayczne oraz przesrzenny rozład emperary powerza. Dzę przeprowadzonym badanom symlacynym możlwe było ae rozmeszczene rządzeń w omorze, aby emperara powerza w omorze mała równomerny rozład. Słowa lczowe: modelowane, nmeryczna mechana płynów, omora lmayczna, proeowane Wprowadzene Jedną z bardze poplarnych meod przechowywana zboża es ego sładowane w slosach. Przechowywane zboża w slosach ma szereg zale zwązanych z wygodą ch żyowana, dbana o aość zgromadzonego maerał manplowana zgromadzonym zapasam.podczas przechowywana zboża może edna dość do obnżena ego, aośc lb nawe całowego zepsca. Czynnam wpływaącym na aość zboża podczas ego przechowywana w slosach są zewnęrzne warn amosferyczne emperara wlgoność powerza, nasłonecznene war powodące mescowe nagrzane lb ochłodzene ścan slos, zaneczyszczena wewnąrz przechowywanego złoża powodące zwęszene oporów przepływ powerza możlwaący rozwó mroflory, pasożynczych owadów gryzon oraz sład amosfery w powerz oaczaącym przechowywany prod. Aby powsrzymać neorzysne procesy wewnąrz złoża sose sę aywne werzena zarna, dzę órem zysemy zmanę paramerów mrolma wewnąrz zborna. Celem aywnego werzena es obnżene emperary złoża zarna snęce z wnęrza zborna gazowych prodów powsałych na se meabolzm zarna nnych organzmów znadących sę wewnąrz. W cel przeprowadzena badań doyczących serowana procesem wenylac podczas procesów przechowalnczych w Kaedrze Aomay Polechn Koszalńse zbdowano omorę lmayczną, óre przeznaczenem es możlwene badań odnośne: algorymów serowana możlwaących ompensacę wpływ warnów amosferycznych na 39

2 Darsz Tomewcz, Anaol Cdzewcz, Jolana Góreca-Orzechowsa aość przechowywanego zboża, meod monorowana prodów przechowywanych w różnych warnach amosferycznych, badań algorymów serowana mrolmaem wewnąrz omór przechowalnczych oraz badań doyczących serowana sysemam HVAC. W race prowadzena prac proeowych omory wyłonł sę problem zwązany z rozmeszczenem rządzeń lmayzacynych obeów wewnąrz omory a, aby osągnąć równomerny rozład emperary powerza wewnąrz omory. Celem badań było przeprowadzene esperymenów symlacynych z wyorzysanem program Flen możlwaących opymalzacę rozmeszczena rządzeń lmaycznych ze względ na równomerność rozład emperary wewnąrz zborna. Badana symlacyne z wyorzysanem echn nmeryczne mechan płynów Nmeryczna mechana płynów Compaonal Fld Dynamcs (CFD) es meodą symlac zachowana sysemów, procesów rządzeń zwązanych z przepływem gazów płynów, wymany cepła masy, reac chemcznych nnych podobnych zaws fzycznych. Programy CFD pozwalaą zysać nezbędne nformace o przepływe płyn (rozład pola prędośc, pola cśnena), rch cepła (pole emperary) nnych zaws owarzyszących (w ym reac chemcznych). Osąga sę o przez nmeryczne rozwązane równań opsących przemeszczane masy płyn blans energ. Dzę zasosowan CFD mamy możlwość przeprowadzena szczegółowe analzy zagadneń zwązanych z przepływem płynów elmnąc przy ym oneczność przeprowadzena czasochłonnych oszownych badań dośwadczalnych podczas cyl proeowana modernzac rządzeń [Hoang n. 000; Kalea n. 009; Noron n. 007]. Meody CFD, mogą być sosowane w cel symlac: spadów cśnena podczas przepływ płynów, sły nośne na srzydłach samoloów, cąg wrna, przepływ powerza w rządzenach lmayzac, rozład emperary w pomeszczenach, proces meszana p. Na ryn dosępnych es szereg programów omercynych do oblczeń CFD o bardzo rozbdowanych możlwoścach oblczenowych. Oprogramowane o w węszośc przypadów wyorzyse meodę obęośc sończonych. Zasosowane oprogramowana do oblczeń CFD możlwa rozwązywane zagadneń praycznych, odznaczaących sę somplowaną geomerą złożonym procesam fzycznym chemcznym. Podczas badań zosało zasosowane oprogramowane Flen. Oprogramowane o możlwa: opymalne wyorzysane mocy sysem omperowego, przewarzane równoległe prace w rozproszonym ładze oblczenowym, zasosowane wel meod dysreyzac poprzez rozmaego yp sa dw rówymarowe. Środowso Flen po wprowadzen ops geomer badanego obe w posac sa możlwa: zadane warnów brzegowych począowych, zdefnowane właścwośc płynów cał sałych, wybór model opsącego zawsa ranspor masy energ, wybór solvera, poprawę paramerów sa oraz prezenacę wynów symlac. 40 Model omory lmayczne W procese symlac w środows Flen wysępą nasępące eapy: wprowadzene geomer ład, podzał geomer na elemeny dysrene (generaca sa), wybór mo-

3 Zasosowane program Flen... del maemaycznego wprowadzene paramerów model, wprowadzene warnów brzegowych począowych, rozwązane problem przy pomocy solvera, opracowane grafczne wynów symlac. Badanym obeem była omora lmayczna. Zadanem omory lmayzacyne es odwzorowane rzeczywsych warnów amosferycznych w cel zbadana ch wpływ na zawsa zachodzące wewnąrz zborna słżącego do przechowywana zarna zbóż. Komora ma możlwać cągłą zmanę warośc emperary powerza w zarese od -0 C do 40 C oraz wlgonośc względne powerza w zarese od 10 do 100%. W omorze o wymarach 3 m 3 m 3 m znade sę zborn na zboże o wymarach: m wysoośc 1,5 m średncy. Do dolne częśc zborna można łoczyć powerze w cel aywnego werzena złoża zarna. W omorze oprócz zborna znade sę chłodnca o wydanośc chłodncze 8,3 W, wyposażona w dwa wenylaory promenowe możlwaące wymszene przepływ powerza równego 4630 m 3 h -1 oraz grzał o mocy 4,1 W (rys. 1). W cel sompensowana by powerza wyprowadzanego po prześc przez złoże zarna na zewnąrz omory w ścane znade sę zawór deompresyny możlwaący dopływ powerza z zewnąrz do omory. Celem przeprowadzana esperymenów symlacynych było ae dobrane położena chłodncy oraz zawor deompresynego aby emperara powerza w omorze była a nabardze równomerne rozłożona. W race proces modelowana do przygoowana geomer sa oblczenowe wyorzysano środowso ANSYS Worbench 1.1. Saa oblczenowa obemowała łączne 3941 węzłów (obęośc onrolnych), lczba elemenów rodza erahedron była równa Rys. 1. Fg. 1. Schema omory lmayczne z slosem w środ Schema of he clmac chamber wh he sorage slo n he mddle 41

4 Darsz Tomewcz, Anaol Cdzewcz, Jolana Góreca-Orzechowsa 4 Kolenym roem proces symlac es wprowadzene przesrzen geomer wraz saą do środowsa Flen. Z bazy danych paramerów maerałowych zosały dobrane paramery ermodynamczne powerza. Oblczena przeprowadzono dla nasępących założeń praszczaących. Założono, że przepływ gaz es przepływem ednofazowym. Zmanę gęsośc gaz opse równane doyczące neścślwego gaz dealnego. Założono, że energa ceplna ne przenos sę na se promenowana, ranspor masy można opsać za pomocą model RANS ( Reynolds - Averaged Naver - Soes), w órym równane cągłośc ma posać: ( ) 0 =, (1) w równan ym oznacza a o prędość ośroda. Równane pęd: ( ) ( ) δ μ = p 3 (), gdze μ o lepość molelarna, δ o dela Kronecera. W równan ym przyęo rozwązane Bossnesqa opsące naprężena Reynoldsa: δ μ = μ 3, (3) w órym μ o lepość rblenc. Zasosowano model Spalar Allmaras wyorzysący edno równane opsące molelarną lepość nemayczną w obszarach przyścennych: ( ) ( ) σ = b S Y C G v v 1. (4) gdze σ łmene lepe, G fnca generowana rblenc, Y fnca desrc rblenc, S fnca generac zdefnowana przez żyowna. Założono, że można pomnąć proces wymany cepła w chłodncy zasąpć go ładem, w órym zasosowano sałą prędość powerza na wloce wyloce z chłodncy oraz na wloce do zborna oraz sałą emperarę powerza na wyloce z chłodncy. Przyęo, że ścan omory są dealne zolowane oraz ścan zborna na zboże dosarczaą do omory sały srmeń cepła.

5 Zasosowane program Flen... Transpor cepła opsano równanem: ( E) p [ ( E p) ] = τ Sh c μ Pr T gdze E o energa, o przewodność ceplna a ensor naprężeń es równy: τ = eff eff 3 eff δ eff, (5). (6) Do rozwązana równań meodą obęośc sończonych zasosowano algorym yp PI- SO (Pressre-Implc wh Splng of Operaors). Wyn opsące przemeszczene srmena powerza wychodzącego z chłodncy zaprezenowano na rys. a. Po przeprowadzen szereg esperymenów symlacynych zmenono perwone założena onsrcyne. Zasosowano dodaowy anał na wloce powerza oraz przemeszczono położene zawor deompresynego. Dzę zasosowan anał nawewowego dało sę zapobec zawracan powerza na wlo do chłodncy bezpośredno po wyśc z ne. Dzę esperymenom symlacynym zaobserwowano, ż worzyła sę zasona powerza o podwyższone emperarze w górnym rog omory przecwległym do położena chłodncy. Przemeszczene zawor deompresynego do mesca, w órym powerze wlae do anał nawewowego zapobegło noszen sę cepłego powerza do górne częśc omory. Rozład emperary dla ońcowego syowana rządzeń w omorze przedsawono na rysn b. a) b) Rys.. Wyn symlac a) prędość powerza od srony wylo z chłodncy, b) rozład emperary w środowe częśc omory Fg.. The smlaon resls a) ar velocy from he ole of he hea echanger, b) emperare dsrbon n he cenral par of he chamber Hsogram opsący emperarę powerza w omorze lmayczne przedsawono na rys. 3. Warośc emperary powerza zosały oblczone dla ażde obęośc sończone. Wyn wsazą na ednorodną warość emperary w omorze dla proponowanego rozmeszczene rządzeń znadących sę w e wnęrz.średna warość emperary w omorze wynosła 50,1 K a odchylene sandardowy szałowało sę na pozome 0,5 K. 43

6 Darsz Tomewcz, Anaol Cdzewcz, Jolana Góreca-Orzechowsa Rys. 3. Fg. 3. Hsogram rozład emperary powerza wypełnaącego omorę Hsogram of he ar emperare dsrbon n chamber Podsmowane Zasosowane echn modelowana symlac z wyorzysanem pae Flen możlwło zaproeowane omory lmayczne. Na podsawe model symlacynego wyznaczono prędośc ern przepływ srmen powerza w omorze oraz rozład emperary. Dzę przeprowadzonym badanom symlacynym możlwe było rozmeszczene rządzeń w omorze a, aby emperara powerza w omorze była równomerna. Bblografa Hoang M. L., Verboven P., De Baerdemaeer J Analyss of he ar flow n a cold sore by means of compaonal fld dynamcs. Inernaonal Jornal of Refrgeraon. Vol. 3. pp Kalea A., Górnc K Podsawy Techn Ceplne w Inżyner Rolncze. Wydawncwo SGWW. Warszawa. ISBN Kołodzeczy M., Brymowcz D Modelowane procesów ceplno-przepływowych w omorze przechowalncze warzyw. Chłodncwo. Nr 8. s Noron T. Da-Wen Sn Applcaons Of Compaonal Fld Dynamcs (CFD) In The Modellng And Desgn Of Venlaon Sysems In The Agrclral Indsry: A revew. Boresorce Technology 98. pp

7 Zasosowane program Flen... APPLICATION OF THE FLUENT PROGRAMME FOR MODELLING OF THERMODYNAMIC PROCESSES IN THE CLIMATIC CHAMBER Absrac. The sdy presens he research on modellng of hermodynamc processes n he clmac chamber, whch s beng desgned. The Flen applcaon, whch enables smlaon of phenomena sng a compaonal fld dynamcs, was sed for modellng. Velocy and drecons of ar sreams flow n he clmac chamber and spaal emperare dsrbon have been deermned based on he smlaon model. The smlaon research, whch was carred o allowed for sch a dsrbon of devces nsde he chamber so ha he ar emperare n he chamber was nform. Key words: modellng, compaonal fld dynamcs, clmac chamber, desgn Adres do orespondenc: Darsz Tomewcz; e-mal: darsz.omewcz@.oszaln.pl Kaedra Aomay Polechna Koszalńsa l. Racławca Koszaln 45