Ofis ortamında türbülanslı akış modellerinin karşılaştırılması ve çeşitli ısıtma sistemlerinin ısıl konfor indisleri ve Gagge modeli kullanılarak sayısal simülasyonu

Abstract

Bu çalışmada iki ve üç boyutlu bir oda geometrisinde alttan ısıtma, radyatör ile ısıtma ve klima ile ısıtma durumunda ısıl konfor Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği metodu ile incelenmiştir. Oda geometrisi için Bursa Uludağ Üniversitesi Makine Mühendisliği Binası ofis odalarından biri kullanılmıştır. Oda içerisinde oturma pozisyonunda bir manken modellenmiştir. Sayısal çalışmada kullanılan yöntemlerin doğruluğu test etmek için deneysel verilerin mevcut olduğu teyit amaçlı doğrulama çalışmaları yapılmıştır. k-ε modelleri (Standard, Re-Normalisation Group, Realizable), k-ω modelleri (Standard, shear stress transport, baseline) ve literatürde daha önce yapılmış BGS modelleri birbiri ile kıyaslanmıştır. Doğal, zorlanmış ve birleşik taşınım akışları ayrı ayrı test edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda Standard k-ε türbülans modeli deneysel verilerle uyumluluğu nedeniyle tez çalışmasında kullanılmak için seçilmiştir. Oda içinde akış zamana bağlı, sıkıştırılabilir (ideal gaz), birleşik ve türbülanslı olup korunum denklemleri ANSYS Fluent 18.0 yazılımı kullanılarak çözülmüştür. Manken yüzey sıcaklığını elde etmek için manken yüzeyi on altı farklı parçaya bölünmüştür. Manken cilt sıcaklığı, Gagge ısıl duyarlılık modeli baz alınarak geliştirilen C programlama dilindeki kod yardımıyla her bir zaman adımı için dinamik olarak hesaplanmıştır. Manken yüzey sıcaklığı çevre hava sıcaklığı ve hızına duyarlıdır. Her ısıtma sistemi için sıcaklık, hız, PMV, PPD ve PD dağılımları elde edilmiştir. Klima ile ısıtma durumunda diğer durumlardan farklı olarak dokuz farklı üfleme sınır şartında çözümler elde edilmiştir. Klimanın üfleme hızı ve sıcaklığındaki değişimlerin odanın ısınmasına ve konfor indislerinin değişimine olan etkisi incelenmiştir.

In this study thermal comfort was investigated by the Computational Fluid Dynamics method in two and three-dimensional room geometry, and in case of underfloor heating, radiator heating and heating with air conditioner. One of the office rooms of Bursa Uludag University Mechanical Engineering Building was used for the geometry. A thermal manikin is modeled in the sitting position in the room. In order to test the accuracy of the methods used in the numerical study, some benchmarks studies which contain experimental data, were performed. k-ε models (Standard, Re-Normalisation Group, Realizable), k-ω models (Standard, shear stress transport, baseline) and BGS models which previously performed to benchmark studies in the literature, were compared with each other. Natural, forced and combined convection were tested separately. As a result of the studies, Standard k-ε turbulence model was chosen to be used in the thesis study because of its compatibility with experimental data. The flow in the room is time-dependent, compressible (ideal gas), mixed turbulent and the conservation equations are solved using ANSYS Fluent 18.0 software. To obtain the manikinsurface temperature, the manikinsurface is divided into sixteen different parts. The model skin temperature was calculated dynamically for each time step with the help of the code in C programming language developed based on Gagge thermal sensitivity model. Manikinsurface temperature is sensitive to ambient air temperature and speed. Temperature, velocity, PMV, PPD and PD distributions were obtained for each heating system. In the case of heating with air conditioner, different solutions have been obtained in nine different inlet boundary conditions. The effect of air conditioning blowing speed and temperature changes on air temperature in the room and comfort indices were investigated.