CFD-studies
Agema Advies ent en techniek
Voorbeeld van een CFD-studie.
Beschouwing van een ontwerp van een kanaalstuk met aftakking, bedoeld voor het toevoeren van lucht in een gebouw. Aanleiding van deze studie: Geluidsklachten bij een luchtkanaalontwerp, getoetst aan ISSO publicatie 17. Resultaat: Aantoonbare te hoge luchtsnelheden in het kanaal, waardoor geluid ontstaat.
Inleiding Ventilatiehoeveelheden zijn vastgelegd in Nederlandse normen en mede hierdoor maakt luchtbehandeling een groot deel uit van de installatie van gebouwen. Om aan de gestelde normen te voldoen is het doorgaans nodig om; centraal een ventilator te plaatsen en verse lucht doormiddel van kanaalstelsels tot aan de gebruikersruimten te “persen”. Veelal wordt evenveel lucht afgezogen als toegevoerd, zodat de ventilatie van het gebouw in balans is. Stromingsberekeningen worden snel complex, zodra er gerekend wordt met interne weerstanden, aftakkingen en hoogteverschillen. De stichting ISSO heeft deze complexiteit onderkent en heeft hiervoor een publicatie opgesteld: ISSO publicatie 17, Luchtkanalen, drukverlies- thermische en akoestische berekeningen, deel II Deze publicatie verwijst in deel II op blz. 3.1 berekeningsgrondslagen) naar zijn oorsprong; de wet van Bernoulli.
Wat is de wet van Bernoulli? De wet van Bernoulli is niets anders dan een vereenvoudiging van de, binnen de natuurkunde algemeen geldende wet; de wet van behoud van energie. De wet van Bernoulli beschrijft de relatie tussen, dichtheid, snelheid ,valversnelling, hoogte en druk op een stromingslijn. Wet van Bernoulli (Daniel Bernoulli Groningen,29 januaru 1700 Bazel, 17 maart 1782) 1/2ρv² +ρgh+ p= constant hierin is: ρ=dichtheid[kg/m³] v=[m/s] g=valversnelling [m/s²] h=hoogte[m] p=druk[Pa] De vereenvoudiging brengt een aantal voorwaarden met zich mee, die het toepassingsgebied van de wet van Bernoulli strikt omkaderen.
Voorwaarden: - Binnen de beschouwing heerst een stationaire stroming; - Het medium is incompressibel ; - Het medium is niet visceus. - Het medium is isotherm. De voorwaarden staan eveneens genoemd in ISSO publicatie 17 deel II, blz 12. hoofdstuk 3.1.1. Algemeen. Strikt genomen is geen enkele stroming stationair. Strikt genomen is ieder medium compressibel en visceus. Strikt genomen is een medium nooit isotherm.
De ontwerper Iedere technisch ontwerper hoort zich bewust te zijn van de vertaalslag die de ontwerper maakt van theorie naar praktijk. Als de ontwerper een softwarematige “tool” gebruikt is het de verantwoording van de ontwerper of de “tool” past bij het beoogde eindresultaat. Iedere softwarematige “tool” is gebaseerd op rekenkundige regels en de daarbij behorende voorwaarden. Het is noodzakelijk dat de ontwerper voldoende kennis van de theorie achter de softwarematige “tool” heeft, zodat de ontwerper in staat is om uitkomsten van de software te beoordelen op correctheid. Quote: A Fool with a Tool is Still A Fool Heeft de ontwerper onvoldoende gevoel bij en kennis van de ingevoerde gegevens, benodigd voor een eindresultaat, dan is het eindresultaat van de softwarematige “tool” eveneens onvoldoende.
Systeemgrens en randvoorwaarde Bij iedere beschouwing is het onmogelijk om rekening te houden met alle aspecten en invloeden. Het is noodzakelijk een grens te stellen aan het deel wat wél en het deel dat niet meegenomen wordt. De grens tussen deze twee delen wordt hier de systeemgrens genoemd. Een systeemgrens kan wel degelijk in- en uitgangen bevatten. De in- en uitgangen worden zo exact mogelijk vertaald door de beschouwer door het opstellen van de bijbehorende randvoorwaarden. Randvoorwaarden behorend bij een beschouwing van een kanaalstuk zijn bijvoorbeeld: in- en uitgaande luchthoeveelheid en druk.
Model van het kanaal met aftakking Bij de beschouwing van het model zijn de randvoorwaarden en de voorwaarden gesteld aan de toegepaste wetten belangrijk. De wet van Bernoulli heeft als één van de voorwaarden dat het medium incompressibel is. Daar lucht relatief eenvoudig samendrukbaar is zijn resultaten uit de wet van Bernoulli alleen geschikt als zeer kleine drukverschillen optreden. Treden grotere drukverschillen op dan zijn andere uitgangspunten van toepassing. Een oplossingsrichting kan zijn dat de systeemgrens, van de beschouwing, dusdanig klein wordt gekozen, dat afwijkingen acceptabel zijn. Beschouwt men alle facetten van het totale systeem als kleine subsystemen en vallen alle afwijkingen van de subsystemen binnen de acceptatie van de beschouwer, dan heeft het totale systeem voldaan, zonder dat afgeweken is van de voorwaarden gesteld aan de gebruikte natuurkundige wet.
|
