In dit onderzoeksgebied, dat gericht is op het verminderen van de luchtweerstand van zijopeningen in uitlaatkanalen, worden complexe berekeningen en simulaties uitgevoerd om te begrijpen hoe de luchtstroom gedempt kan worden door specifieke aanpassingen in de geometrie van een duct en de positionering van openingen. Deze aanpassingen zijn van cruciaal belang voor de optimalisatie van ventilatiesystemen, waarbij de energie-efficiëntie en het minimaliseren van de luchtweerstand voorop staan.

Bij de simulatie van de luchtstroming worden verschillende aanpassingsfasen van de rekentopologie toegepast. Tabel 3.1 en Figuur 3.2 illustreren deze fasen in detail. Bij de laatste aanpassingsfase was de rekencellenmesh opgebouwd uit ongeveer 2,6 miljoen cellen, met celgroottes die varieerden van 0,123 mm tot 1,6 cm. De karakteristieke parameter die werd gebruikt om de mesh te verfijnen, was de lokale weerstandcoëfficiënt (LDC). Het doel van deze verfijning was het verkrijgen van een meer gedetailleerd en nauwkeurig model van de luchtstroming, vooral in de dunne grenslaag nabij de solide wanden van de duct. Figuur 3.2 laat zien dat het visualiseren van de aanpassingen in de dunne grenslaag problematisch is, en daarom zijn deze aanpassingen in de figuur weggelaten. Desondanks is het duidelijk dat het gebruik van een fijne mesh cruciaal is voor het verkrijgen van nauwkeurige resultaten, aangezien de luchtweerstand in deze dunne lagen aanzienlijk kan variëren.

De berekening van de weerstandcoëfficiënt (LDC) voor de luchtstroom die langs de zijopening stroomt, wordt bepaald door de drukverschillen aan beide zijden van de opening, zowel upstream als downstream. De formules die worden gebruikt voor deze berekeningen zijn als volgt:

ζ=Pup−Pdown−∆Pup−∆PdownPdownζ = \frac{Pup - Pdown - ∆Pup - ∆Pdown}{Pdown}

waarbij Pup de totale druk is van de luchtstroom in het duct voorafgaand aan de opening, en Pdown de druk is na de opening. De frictieverliezen worden berekend door het verschil in totale druk aan beide zijden van de opening. De nauwkeurigheid van de simulaties wordt gevalideerd door vergelijking van de berekende LDC-waarden met experimentele meetgegevens uit de literatuur (Barkalov et al. 1992), zoals geïllustreerd in Figuur 3.3. De simulatie met de RSM EWT combinatie benadert de experimentele gegevens iets beter dan andere combinaties, maar dit resulteert in grotere fluctuaties van de LDC-waarden bij hogere meshverfijning. Dit suggereert dat de meshconvergentie met deze combinatie niet optimaal is, en er een andere benadering nodig is voor een nauwkeurigere weergave van de luchtweerstand.

Voor een meer betrouwbare en robuuste simulatie blijkt de combinatie van SKE SWF en SKE EWT effectiever, aangezien de LDC-waarden vrijwel constant blijven, zelfs bij een fijnere mesh. Deze combinatie biedt niet alleen betere resultaten in termen van meshconvergentie, maar is ook betrouwbaarder voor toepassingen die nauwkeurige voorspellingen vereisen. Ondanks dat deze resultaten iets verder afwijken van de referentiewaarden, wordt deze combinatie aanbevolen voor toekomstige simulaties en experimenten.

Naast numerieke simulaties spelen ook experimentele studies een cruciale rol bij de validatie van de berekende gegevens. De opstelling van de experimenten is ontworpen om nauwkeurige metingen te verkrijgen van de luchtstroming door een duct met een zijopening. De opstelling is uitgerust met een irisdamper om de luchtstroom te regelen en drukmetingen te verrichten. Met behulp van een warmtedraad-anemometer wordt de luchtsnelheid gemeten, en met behulp van een manometer worden de drukverliezen bepaald. Het experiment benadrukt dat een nauwkeurige afstemming van de ductafmetingen en de openingen essentieel is voor het verkrijgen van betrouwbare gegevens die overeenkomen met de numerieke simulaties.

Een belangrijk aspect van de experimenten is de verificatie van de luchtdichtheid van het systeem. Er wordt een vergelijking gemaakt tussen de luchtstroom aan de ingang van het duct en de luchtstroom die de opening binnenkomt, wat een nuttige controlemaatregel is voor het uitsluiten van meetfouten en lekkages. De LDC wordt verder berekend op basis van de drukverliezen die worden waargenomen bij verschillende instellen van de irisdamper. De luchtsnelheden en de berekening van de drukverliezen zijn van essentieel belang om de werkelijke impact van de zijopening op de luchtweerstand in het systeem te begrijpen.

In samenvatting kan worden gesteld dat de optimalisatie van de luchtweerstand bij zijopeningen in uitlaatkanalen afhangt van zowel gedetailleerde numerieke simulaties als nauwkeurige experimentele metingen. De keuze van de meshverfijning, de combinatie van modelleringstechnieken en de validatie van de resultaten met experimentele gegevens zijn cruciaal voor het ontwikkelen van betrouwbare en efficiënte systemen. Het gebruik van de juiste methoden zal niet alleen leiden tot een beter begrip van de luchtstroming, maar ook tot een effectievere vermindering van de luchtweerstand, wat essentieel is voor de prestaties van ventilatiesystemen.

Hoe de Luchtstroom in Dichtgesloten Afzuigopeningen te Modelleren

De statische drukkamer 7 is tussen de houten panelen 5 en 6 gemonteerd, ondersteund door houten steunpilaren (Figuur 5.3a) die op de vloer rusten. De statische drukkamer is gemaakt van verzinkte ijzeren platen en bestaat uit twee delen, elk 0,5 m breed en 0,55 m lang. De twee delen zijn met bouten aan elkaar bevestigd en gescheiden door een dicht filterdoek 8 (Figuur 5.3b). Het scherm 6 heeft een vierkant gat waar een vierkante duct is ingevoegd, met wanden van verzinkt ijzer van 0,55 mm dikte en zijden van 0,1 m (Figuur 5.3c). Het onderste deel van de duct 11 (Figuur 5.3a en c), dat 0,6 m lang is, komt tot een diepte van 0,1 m in de statische drukkamer en steekt 0,5 m uit voorbij het scherm 6. Het bovenste deel van de duct, dat 0,2 m lang is, steekt 0,1 m uit voorbij het scherm 6 en strekt zich dezelfde afstand uit in de kamer als de zijwanden van de duct. De uitsteeksels werden geklemd tussen twee platen van acrylglas 12, die 0,5 m bij 0,5 m meten en 8 mm dik zijn. Verwijderbare metalen flenzen 15 van verschillende lengtes en met een identieke dikte van 0,55 mm werden aan uitsteeksel 10 bevestigd (Figuur 5.3a).

Om het stroompatroon te visualiseren, werd een Polaris-luchtbevochtiger 14 gebruikt om koude stoom (waterspray) te genereren, die via een buis 13 naar de flens werd geleid. Zo werd de luchtstroom die door de duct 10 tussen de acrylglasplaten stroomt, gemodelleerd als een stroom die naar een gleufvormige afzuigopening toe beweegt. Aangezien de stromen identiek zijn in elk vlak dat de afzuigopening snijdt en dat loodrecht staat op de boven- en onderwanden, werd de analytische beschrijving van deze stromen als vlak benaderd. Het snelheidsveld werd gemeten met een Testo-425 hete-draad-anemometer met een foutmarge van ± (0,03 + 0,05 x snelheid meting), m/s. De snelheidsmetingen werden gemiddeld over een periode van 30 tot 60 seconden (60–120 metingen per punt).

De gemiddelde luchtsnelheid in de buis 3 (Figuur 5.3a) werd op twee manieren bepaald. Met behulp van een inlaatmanifold en een micromanometer met een factor k = 0,25 bij een omgevingstemperatuur van 18,8°C en een luchtdichtheid van 1,21 kg/m³, werd de gemiddelde waarde van de dynamische druk P = 14,71 dPa gemeten met één VKMz 150 ventilator in werking. De gemiddelde snelheid was in dit geval ν = 2P /ρ ≈ 4,93 m/s. De gemiddelde luchtstroomsnelheid in buis 3, gemeten met een Testo-425 hete-draad-anemometer, was in dit geval 4,84 m/s. Met een EX-18 4c ventilator in werking, was de gemiddelde snelheid in de buis gemeten met de micromanometer 4,77 m/s, terwijl de hete-draad-anemometer een lezing van 4,78 m/s gaf. Het is te zien dat het verschil in resultaten binnen de foutmarge van de instrumenten valt. Verdere snelheidsmetingen werden uitgevoerd met de Testo-425 hete-draad-anemometer, gemonteerd op steunen 16 en 17 (Figuur 5.3a, d, en e).

Bij het meten van de horizontale component werden gaten 18 gebruikt om de thermoanemometer-probe in te brengen (Figuur 5.3c). De afstand tussen de gaten was 2,5 cm. Alle gaten, behalve degene waarin de buis van de hete-draad-anemometer was geplaatst, werden dichtgemaakt met plakband. Steun 16 (Figuur 5.3a en d) hield een meetlat om de probe op een bepaalde verticale afstand te bewegen. Alle andere bewegingen werden uitgevoerd met behulp van een schaal die werd toegepast op de telescopische buis van de hete-draad-anemometer, aan het uiteinde waarvan de meetprobe was gemonteerd. Figuur 5.3d toont het coördinatensysteem dat werd gebruikt voor snelheidsmetingen en het refereren van puntcoördinaten. De as 0y gaat door de scherpe rand van de flens, en de as 0x loopt langs de onderste ductwand 11 (Figuur 5.3a).

De LDC’s werden bepaald met een opstelling die wordt beschreven in Sectie 2.3.1, bestaande uit een recht luchtkanaalgedeelte met een aftakking voor het meten van statische druk en een pitometeropening voor het meten van de totale druk (Figuur 5.4a), een testgebied (Figuur 5.4b), en een ventilator. De installatie maakt ook VZ-visualisatie mogelijk (Figuur 5.4c).

De vergelijking van de snelheidsverdeling nabij een gleufafzuigkap toont een goede overeenkomst van de DVM- en CFD-berekeningen met de experimentele gegevens. Statistische verwerking van de vergelijkingsgegevens (Tabel 5.1) toont aan dat de berekende waarden sterk correleren met de experimenten op de Chaddock-schaal: in 87% van de gevallen voor DVM-berekeningen en in 91% van de gevallen voor CFD, is de Pearson lineaire correlatiefactor hoger dan 0,9. De gemiddelde waarden van de berekende en experimentele snelheden komen overeen, zoals aangetoond door de Student’s t-toets. De spreiding ten opzichte van het gemiddelde is ook dicht voor de experimenten en de berekende gegevens – de Fisher’s-criteria liggen onder de kritieke waarden. Over het algemeen is de lineaire correlatiefactor hoger en de Fisher-criteria lager voor CFD-berekeningen, maar in het geval van DVM is de Student’s-criterium lager. Beide methoden, DVM en CFD, blijken betrouwbaar en adequaat te zijn voor het berekenen van het snelheidsveld nabij gleufafzuigopeningen. Echter, zoals blijkt uit een vergelijking van snelheidsprofielen, is de CFD-methode meer geschikt voor het berekenen van stromen nabij en binnen de VZ. Wanneer DVM wordt gebruikt, valt de snelheid in de dwarsdoorsneden die de VZ snijden naar nul.

Hoe heeft Trump het Republikeinse Partijlandschap en de Amerikaanse politiek veranderd?
Wat is de Rol van Overeenstemming in Hobbes' Wetenschappelijke Filosofie?
Hoe President Roosevelt de pers beïnvloedde: De complexiteit van de relatie tussen de media en de politiek
Hoe politieke campagnes verhalen vertellen: van hoop tot angst
Hoe kan de snelle milieubeoordeling bijdragen aan het monitoren van mariene ecosystemen?