Hvordan oppnår man pålitelig konvergens og bestemmer lokale motstandskoeffisienter i numerisk strømningsanalyse?

Utviklingen av pålitelige numeriske løsninger i aerodynamiske simuleringer bygger på en presis kombinasjon av modeller, verifisert gjennom sammenligning med eksperimentelle data. Dette gir en viktig validering av modellenes egnethet og danner grunnlaget for en effektiv utviklingsstrategi: fra valg av geometri og driftsmodus, via simulering og numerisk analyse, til seleksjon av prototyper for fysisk testing. En slik prosess tillater betydelig besparelse av materialressurser.

Et effektivt oppsett, som lar seg tilpasse ulike programvaresystemer, innebærer å definere konvergens som oppnådd når restverdiene for alle løste ligninger er under 1·10⁻⁷, og den valgte referanseparameteren flater ut. I enkelte tilfeller ble restverdiene observert å nå et platå rundt 1·10⁻¹⁷, hvilket indikerer et stabilt løsningstilstand.

Ved simulering av en T-kobling, ble forholdet mellom strømningsrater i hoved- og sidegrenen brukt som referanseparameter. Et annet alternativ er å overvåke totaltrykket ved utløpsgrensene. I programvaren settes overvåkning opp gjennom menyen "Solve – Monitors – Surface", hvor man aktiverer utskrift for valgte flater og eventuelt gir egendefinerte navn for enkel identifikasjon i hovedvinduet. Det frarådes å aktivere grafisk visning ("Plot") av parameteren, ettersom dette i flere tilfeller førte til at programmet krasjet uten å lagre data. Den sikreste praksisen er å følge verdiene direkte i hovedvinduet.

For å måle massestrøm ved innløpene, velges "Mass Flow Rate" som rapporttype, og de relevante grensene (f.eks. "in_b" og "in_t") spesifiseres. Hvis man i stedet benytter totaltrykk som overvåkingsparameter, velges "Mass Weighted Average" og "Total Pressure" for de aktuelle flatene. Ønsker man at programmet skal fortsette iterasjoner uavhengig av restverdi-grenser, settes denne funksjonen til "None" under "Solve – Monitors – Residual".

Et annet viktig aspekt er beregningen av lokale motstandskoeffisienter (LDC). Disse bestemmes ved å analysere fordelingen av totaltrykk langs kanalens lengde. For dette formål defineres tverrsnitt før og etter det forstyrrende elementet, vanligvis med avstand B/2, hvor B er kanalens halvbredde. Trykkverdiene i hvert snitt gjennomsnittes etter massestrøm via "Mass Weighted Average", noe som for isoterm strømning tilsvarer volumetrisk gjennomsnitt.

Et trykkfordelingsdiagram avslører tre distinkte soner: først en påvirkningssone (IZ) der totaltrykket oppfører seg ikke-lineært grunnet flensens geometri, så en friksjonssone (fr.z) hvor trykkfallet skjer nær lineært, og til slutt en sone forårsaket av utløpsbetingelsene (b.z) hvor trykket igjen oppfører seg ikke-lineært. Friksjonssonen viser en konstant spesifikk trykkreduksjon per lengdeenhet med avvik under 2,3 % fra gjennomsnittsverdien – en klar indikasjon på at friksjon alene forklarer trykkfallet i dette området. For nøyaktige verdier brukes tabeller med gjennomsnittlig totaltrykk fra simuleringen.

Viktig å merke seg er at tverrsnitt brukt til trykkmåling må ligge utenfor virvelsoner (VZ), da gjennomsnittsverdiene der ellers blir misvisende. Dette er dog uten betydning ved

Hvordan designet av avtrekkshetter påvirker stabiliteten av virvelsoner og trykktap

I visse tilfeller kan karakteristiske dimensjoner ikke bestemmes. Dette skjer når virvelsonene smelter sammen, og dermed mister sine individuelle karakteristikker. Ved α = 90° er dimensjonen R konstant og lik 1 for alle tilfeller som vurderes, og det blir dermed meningsløst å diskutere stabiliseringsavstanden. For forholdet mellom stabiliseringsavstandene s/R, s/R, sR, observeres en nesten lineær sammenheng: den respektive parameteren øker når flensen blir lengre, og helningsvinkelen α reduseres. Dette indikerer at designet av avtrekkshetten har en betydelig innvirkning på stabiliseringen av VZ-dimensjonene når hetten flyttes lenger bort fra den impermeable overflaten. For dimensjonen sδ/R er forholdet mer komplekst, ettersom kortere flenser fører til mindre verdier for sδ/R, men forholdet blir konstant ved sδ/R = 2,5 når flensene er korte. Dette forholdet kan bare observeres for kortere flenser.

En nærmere studie av VZ-formene for en 90° flenshette ble utført ved hjelp av CFD (Computational Fluid Dynamics). Problemet ble løst i en aksisymmetrisk turbulent formulering, hvor geometri og hoveddimensjoner for beregningene er vist i figur 6.31. I denne modellen ble ulike verdier for flenselengde (d/R = 0.5, 1.5, 2.5, 5) og avstandene til den impermeable overflaten (s/R = 0.5, 1, 2, 5) vurdert. Strømningslinjer for disse variantene ble også visualisert.

Det er tydelig at to virvelsoner dannes: den første (1VZ) ved strømseparasjon fra den skarpe kanten av hetten, og den andre (2VZ) ved separasjon på punktet hvor hetten møter utløpskanalen. Lengdene på virvelsonene er a₁ og a₂, og deres bredder er b₁ og b₂. Beregningsbetingelsene (BC) inkluderer en "Pressure Inlet"-betingelse med overtrykk lik null, impermeable vegger representert med "Wall"-betingelsen, og en symmetriakse som benytter "Axis"-betingelsen. Luftstrømmen går ut fra et "Velocity Inlet"-grensesnitt med hastighet v = 50 m/s, som er nødvendig for å oppnå selv-likhet og utvikle turbulent strømning (Re = 2,9 · 10⁵).

Grid-konvergensen ble også testet, og hver beregning gjennomgikk en rekke finere grid-stadier. For å få presis oppløsning av grensesjiktet ble det utført finjusteringer langs de faste grensene – både den impermeable planen og kanalveggene.

Som et resultat av disse beregningene, ble trykkfriksjonstapet (LDC) beregnet ved hjelp av metoden beskrevet i Logachev et al. (2018a). Figurene som ble brukt, viser hvordan gridfinjustering påvirket både LDC-verdiene og omrissene til virvelsonene. Det ble også utført grid-avhengighetsstudier for å verifisere at resultatene ikke er sensitive for grid-størrelsen. Denne prosessen ble gjennomført for alle de undersøkte geometriene, og det ble konkludert med at gridkonvergensen ble oppnådd når grid-størrelsen var justert til et nivå hvor forskjellen i LDC-verdiene ble minimal.

Når det gjelder LDC-verdier for forskjellige flenselengder (d/R), er det observerbart at LDC øker med flenselengden frem til d/R ≈ 1.5. Etter dette stabiliserer LDC-verdiene seg, og det er ingen ytterligere endring når flenselengden blir større. Dette indikerer at for lengre flenser er det ikke lenger noen vesentlig sammenheng mellom flenselengde og LDC, noe som kan tilskrives at den første virvelsonen dannes på et annet sted, og den andre virvelsonen utvikler seg separat.

Avhengigheten av LDC på avstanden fra den impermeable overflaten (s/R) ble også vurdert. Når s/R økes, vises en økning i LDC, noe som tyder på at avstanden til den impermeable overflaten har en betydelig innvirkning på strømningen og trykktapet i systemet.

Det er viktig å forstå at i komplekse avtrekkshette-design kan både geometriske dimensjoner og tilkoblingspunktene mellom hetten og kanalen ha stor innvirkning på strømningens stabilitet og effekten på trykktapet. I tilfeller med lange flenser vil LDC-verdien stabilisere seg etter en viss lengde, og det kan ikke forventes ytterligere endringer med økende flenselengde. Stabilisering av virvelsoner og trykktapet er derfor sterkt avhengig av det nøyaktige designet av flensene, samt hvordan de er plassert i forhold til kanalen og den impermeable overflaten.

Hvordan håndtere luftforurensning i skjønnhetssalonger: Teknologi og metoder

Skjønnhetssalonger, spesielt neglesalonger, er arbeidsplasser hvor luftkvalitet og helseforhold er avgjørende. Den raske veksten av skjønnhetsindustrien, kombinert med det økende bruken av kjemiske produkter, har ført til en betydelig økning i luftforurensning i disse miljøene. Partikler og kjemiske aerosoler genereres fra en rekke kilder, som neglepleieprodukter, lim, lakk og andre kosmetikkprodukter. Derfor har forståelsen av hvordan disse forurensningene sprer seg og hvordan de kan kontrolleres blitt et viktig tema for å beskytte både ansatte og kunder.

Luftforurensning i neglesalonger kan komme fra både synlige og usynlige kilder. For eksempel kan man finne høye konsentrasjoner av formaldehyd, et farlig kjemikalie som ofte er til stede i neglelakk og andre skjønnhetsprodukter. I tillegg kan fine støvpartikler fra sliping av negler eller produkter som inneholder akrylat, utgjøre en risiko for både luftveiene og generell helse. For å redusere risikoen for eksponering er det nødvendig å implementere effektive luftbehandlingssystemer.

Ventilasjon er en av de mest effektive metodene for å håndtere luftforurensning i salonger. Både mekanisk ventilasjon og lokale utsug er viktige verktøy i denne sammenhengen. Flere studier har vist at lokale utsug, spesielt i arbeidsstasjoner hvor man jobber med lakk eller lim, kan redusere eksponeringen for helsefarer betydelig. Teknologi som vakuumsystemer som fanger støv og damp på kildepunktet, har blitt utviklet for å bedre luftkvaliteten i slike miljøer. Disse systemene er spesielt viktige i områder med høy eksponering, som i nærheten av arbeidsstasjoner for neglebehandling.

I tillegg til ventilasjon, har det også blitt forsket på andre løsninger som luftrensere og spesifikke filtreringssystemer for å fjerne kjemikalier og støvpartikler fra luften. Et eksempel på en patentert løsning er et system utviklet for å filtrere ut formaldehyd og andre giftige gasser, samt fange partikler som kan være skadelige når de inhaleres. Denne typen teknologi kan bidra til å opprettholde et tryggere arbeidsmiljø, samtidig som den reduserer helsefarene knyttet til langvarig eksponering for farlige stoffer.

Det er viktig å merke seg at de fleste helseproblemer relatert til skjønnhetssalonger ikke nødvendigvis skyldes kortvarig eksponering, men derimot konsekvent eller langvarig kontakt med forurenset luft. Dette understreker nødvendigheten av å sørge for kontinuerlig overvåking av arbeidsmiljøet. Forskning på luftkvalitet i neglesalonger viser at helseproblemer som hodepine, tretthet, luftveisproblemer og hudirritasjoner kan være forbundet med eksponering for kjemiske stoffer i disse miljøene.

Når man vurderer tiltak for å forbedre luftkvaliteten i salonger, er det også viktig å ta hensyn til kostnadene ved implementering av moderne ventilasjonssystemer og luftrensere. Selv om initialkostnaden kan være høy, vil en investering i god luftkvalitet betale seg på lang sikt gjennom bedre helse for både ansatte og kunder, og potensielt redusert fravær og arbeidsrelaterte sykdommer. Effektive systemer kan også bidra til å skape et mer behagelig arbeidsmiljø, noe som kan ha en positiv innvirkning på kundetilfredshet og virksomhetens rykte.

Kunnskap om de tekniske løsningene som finnes på markedet, er nødvendig for å velge den mest passende teknologien for hver spesifik salong. I tillegg til tekniske løsninger bør det også være et kontinuerlig fokus på opplæring av ansatte om viktigheten av luftkvalitet og helsebeskyttelse. Det er essensielt at ansatte forstår risikoene knyttet til eksponering for kjemiske aerosoler og støv, samt hvordan de skal bruke tilgjengelig utstyr på riktig måte for å minimere eksponeringen.

Sammenfattende, håndtering av luftforurensning i skjønnhetssalonger er en kompleks oppgave som krever både teknologiske løsninger og kontinuerlig bevissthet om helse- og sikkerhetsforhold. Det er viktig å forstå at luftkvalitet ikke bare er et teknisk spørsmål, men også et helseproblem som krever en tverrfaglig tilnærming. Med riktig tiltak kan både arbeidstakere og kunder beskyttes mot de skadelige effektene av forurenset luft, samtidig som man opprettholder et høyt nivå av komfort og sikkerhet i arbeidsmiljøet.