Havalandırma uygulamalarında kirletici dağılımının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of contaminant distribution in ventilation applications
Yazar: YUNUS EMRE ÇETİN
Danışman: PROF. DR. ORHAN AYDIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada farklı oda boyutları, menfez konumları ve çalışma parametrelerinde kirletici dağılımı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bu maksatla kirletici dağılımında hava değişim katsayısının (HDK), menfez konumunun ve deplasmanlı hava dağıtım sistemi ile zeminden ısıtmanın beraber kullanıldığı bir uygulamanın etkileri değerlendirilmiştir. Deneysel aşama, küçük ölçekli bir model odada tamamlanmıştır. Çalışma parametreleri elde edilen sonuçların gerçek boyutlardaki bir oda için de geçerli olması adına benzerlik olgusu değerlendirilerek belirlenmiştir. Akış görüntüleme çalışmaları gerçekleştirilmiş ayrıca hava hızı, hava sıcaklığı ve konsantrasyon ölçümleri yapılmıştır. Sayısal kısımda hava hareketlerinin çözümlenmesinde RNG k – ε türbülans modeli kullanılmıştır. Belirlenen akış alanı içerisinde partikül yörüngeleri ayrık faz modeli (DPM – Discrete Phase Modeling) kullanılarak izlenmiştir. Ayrıca hava yaşı, hava değişim verimi (HDV) ve kirletici uzaklaştırma etkinliği (KUE) hesaplanmıştır.
HDK artışının değişken kirletici yükleri altında ortam havasının ortalama kirletici seviyesini azaltmada yetersiz kalabileceği görülmüştür. Sabit kirletici yükleri için ise HDK artışının ortam havasındaki kirletici konsantrasyon değerini azaltmadaki etkisinin kirletici kaynak konumuna göre değişkenlik arz edeceği belirlenmiştir. Mahal içi kirletici dağılımının menfez konumları ve kirletici pozisyonlarının bir fonksiyonu şeklinde geliştiği tespit edilmiştir. Deplasmanlı hava dağıtımı ve zeminden ısıtma sisteminin beraber kullanıldığı bir mahalde kirletici dağılımının işletme parametresi, partikül kaynak yüksekliği ve çıkış menfez konumuna bağlı olarak değişkenlik göstereceği ifade edilebilir.

Abstract:
In this study, contaminant distribution for different room dimensions, opening positions and operating parameters are investigated experimentally and numerically. For this purpose, the effect of air change rate (air change per hour – ACH), inlet/outlet opening location and displacement ventilated & floor heated environment on contaminant distribution are evaluated. Experimental part is completed in a reduced scale model room. Operating parameters are specified regarding to similarity phenomena so that the results obtained are credible for full scale rooms. Flow visualization studies are carried out besides air velocity, air temperature and concentration measurements. In the numerical part RNG k – ε turbulence model is used to analyze the air flow distribution. Within the specified flow field particle trajectories are tracked by using discrete phase modeling (DPM). Moreover, air age, air change efficiency (ACE) and contaminant removal effectiveness (CRE) are calculated.
It is seen that increasing ACH may be inadequate in reducing concentration of the air under varying contaminant loads. It is also specified that under constant contaminant load cases the effect of ACH on reducing indoor concentration depends on contaminant source position. It is determined that the contaminant distribution is developed as a function of opening and source locations. It can be stated for a displacement ventilated and floor heated indoor environment that contaminant distribution shows an evolving character up to operating parameter, particle source height and outlet opening position.