Details

В работе выполнено численное моделирование подачи воздуха в помещение при использовании струйного осциллятора, формирующего автоколебания приточного расхода. Расчеты проведены в двумерной и трёхмерной постановках. В трёхмерной постановке внутри помещения размещался нагретый объект. В расчётах использован URANS подход с моделью турбулентности k–ω SST. Моделирование выполнено в пакете ANSYS Fluent 2022R1. Целью исследования являлась оценка влияния нестационарного режима подачи воздуха на структуру течения и эффективность теплообмена по сравнению с традиционной стационарной подачей. Показано, что при использовании осциллятора формируется устойчивый автоколебательный режим с периодическим прилипанием струи к верхней и нижней стенке смесительного канала. Это приводит к чередующемуся отклонению струи в помещении, что обеспечивает активное перемешивание воздушной среды и равномерное распределение скорости и температуры. Выполнен сравнительный анализ между 2D и 3D постановками. Проведён анализ устойчивости решения к выбору расчётной сетки и временного шага. Для различных значений числа Рейнольдса (5×10^(3)…50×10^(3)) определены частотные характеристики автоколебаний. Показано, что увеличение входного расхода приводит к линейному росту частоты колебаний, при этом число Струхаля сохраняется и равно 4.46×10^(−3). Решалась задача установления течения и теплообмена в помещении: в начальный момент времени перепад температуры между окружающей средой и приточной струей составил 16 K. Установлено, что при использовании осциллятора охлаждение помещения происходит быстрее и более равномерно, по сравнению со стационарной подачей.

The work presents numerical modeling of air supply into a room using a jet oscillator that generates self-oscillations of the inlet flow. Simulations were conducted in both two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) configurations. In the 3D configuration, a heated object was placed inside the room. The URANS approach with the k–ω SST turbulence model was used in the modeling. Modeling was performed in ANSYS Fluent 2022 R1. The objective of the research was to evaluate the effect of unsteady inlet airflow to the airflow structure in the room and heat transfer efficiency compared to traditional steady inlet airflow conditions. It was shown that using the oscillator establishes a stable self-oscillatory regime with the jet periodically attaching to the upper and lower walls of the mixing channel. This leads to alternating deflection of the jet within the room, promoting active mixing of the air and uniform distribution of velocity and temperature. A comparative analysis between the 2D and 3D configurations was performed. The stability of the solution with respect to the choice of computational grid and time step was analyzed. Frequency characteristics of the self-oscillations were determined for various Reynolds number values (5×10^(3)…50×10^(3)). It was shown that increasing the inlet flow rate leads to a linear increase in oscillation frequency, while the Strouhal number remains constant and equal to 4.46×10^(−3). The problem of establishing flow and heat transfer in the room was solved: at the initial time, the temperature difference between the ambient environment and the supply jet was 16 K. It was found that the room cooled faster and more evenly when using an oscillator compared to a steady inlet airflow conditions.