تحليل عددي ته نشيني ذرات داخل اتاق با استفاده ‌از مدل ادي‌ هاي بزرگ بر پايۀ روش شبكۀ بولتزمن

Numerical Investigation of Particle Deposition in a Room using Large Eddy Simulation based on Lattice Boltzmann Method

در اين مقاله ته‌ نشيني ذرات با اندازه‌ هاي مختلف (10 نانومتر تا 10 ميكرومتر) داخل اتاق با استفاده از مدل ادي ‌هاي بزرگ و زمان آرامش چندگانه بر پايۀ روش شبكۀ بولتزمن مورد بررسي قرار گرفته است و اثر نيروهاي بويانسي، درگ و برونين بر روي ته‌ نشيني ذرات بر روي ديواره ‌هاي مختلف اتاق اداري تحليل شد. براي مدل كردن ادي ‌هاي كوچك از مدل بهبوديافته اسماگورنسكي استفاده شد. براي بررسي ته‌ نشيني ذرات داخل اتاق، تعداد 144 ذره در هر بازه زماني 0/05 ثانيه از دريچه ورودي جريان به داخل اتاق تزريق شد و بعد از گذشت 30 ثانيه تزريق ذره متوقف گرديد، در مجموع 86400 ذره وارد اتاق شد. نتايج به ‌دست آمده نشان دادند كه روش عددي مورد استفاده همخواني خوبي با روش‌ هاي عددي و آزمايشگاهي گذشته دارد. تعداد ذرات ته ‌نشين شده بر روي ديواره ‌هاي مختلف اتاق بر حسب زمان محاسبه گرديد و مشاهده شد كه تعداد ذرات ته ‌نشين شده به مرور زمان افزايش مي‌ يابد و ته ‌نشيني ذرات با اندازه بزرگتر بيشتر مي ‌باشد. تراكم ذرات داخل اتاق بر حسب زمان نشان داده شد. لحظه شروع تزريق ذرات به داخل اتاق، تراكم آنها در ناحيه ورودي بيشتر مي ‌باشد و به مرور زمان تراكم در نواحي دور از ورودي جريان افزايش مي ‌يابد. نتايج به ‌دست آمده از اين پژوهش در طراحي سيستم ‌هاي تهويه مطبوع اتاق‌ هاي اداري و بيمارستاني كاربرد قابل توجهي خواهد داشت.

In this paper the Multi Relaxation Time Lattice Boltzmann Method in conjunction with the Large Eddy Simulation model was used to study the particle deposition in a room with various diameters (10nm-10µm)and the effect of buoyancy, drag and Brownian forces to particle deposition on the different walls of the room has been investigated. The sub-grid scale turbulence effects were simulated through a shear-improved Smagorinsky model. To simulate the particle deposition in the room, the particle injection process was initiated with 144 particles injected uniformly at the inlet with the same velocity as the airflow at every 0.05s; particle injection was stopped after 30s. Therefore, a total of 86400 particles were injected into the room. The present simulation results for the airflow showed good agreement with the experimental data and the earlier numerical results. The simulated results for particle dispersion and deposition showed that the numbers of deposited particles on the walls increases by augmentation of the time. When the particle injection started the concentration in the inlet jet region is more than other zones and that increases in the region far from the inlet by time. Present results will be interesting for designing air condition systems in the office and hospitals rooms.