VOC-päästölähteiden virtausmallinnus
Hokkanen, Samu (2017)
Hokkanen, Samu
Turun ammattikorkeakoulu
2017
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2017120820244
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2017120820244
Tiivistelmä
Opinnäytetyön tavoitteena oli luoda toimiva virtauslaskentamalli Kuopiossa sijaitsevasta toimistohuoneesta. Toimistohuoneeseen oli sijoitettu kuusi päästölähdettä ja neljä mittauspistettä, joilla mitattiin päästöjen konsentraatioita huoneilmassa tietyn ajanjakson verran. Valmiin virtausmallin tuloksia verrattiin kenttämittauksista saatuihin tuloksiin, ja näin varmistettiin mallin toimivuus.
Virtausmalli tehtiin kokonaisuudessaan ANSYSin ohjelmistolla, joka on virtausmallien luomiseen tarkoitettu CFD-ohjelmisto. Malliin tehtiin virtausgeometria, laskentaverkko ja alustus laskentaa varten, minkä jälkeen alettiin laskea tuloksia. Laskentaverkossa oli yli 2,5 miljoonaa laskentapistettä, rajakerrosverkko oli keskimäärin 2,0 cm paksuinen ja turbulenssimallina käytettiin k-omega SST-mallia sen ominaisuuksien vuoksi.
Tulokset olivat samankaltaisia tehtyjen mittausten kanssa, joskin mallissa päästöjen konsentraatiokeskiarvot olivat suuremmat kuin todellisuudessa. Yhden päästölähteen konsentraatiot malli arvioi jonkin verran alakanttiin. Myös mittauspisteiden tarkkuudessa oli eroa. Malli toimi kutakuinkin odotusten mukaisesti.
Mittauksien ja mallin tuloksien erot johtuivat osittain käytetystä turbulenssimallista sekä mittauksien vajavaisuudesta. Vaikka RANS-yhtälöiden sijaan käytettiin URANS-yhtälöitä, joissa on epävakaa termi liikeyhtälöissä mukana, ei malli kykene tarkasti ennustamaan nopeita heilahteluita ja suuren skaalan turbulenssia, joka on päästöjen leviämistä laskettaessa tärkeä. Tarkempien tuloksien saamiseksi mallissa pitää tarkentaa rajakerrosverkkoa ja käyttää LES-mallia (large eddy simulation).
Virtausmalli tehtiin kokonaisuudessaan ANSYSin ohjelmistolla, joka on virtausmallien luomiseen tarkoitettu CFD-ohjelmisto. Malliin tehtiin virtausgeometria, laskentaverkko ja alustus laskentaa varten, minkä jälkeen alettiin laskea tuloksia. Laskentaverkossa oli yli 2,5 miljoonaa laskentapistettä, rajakerrosverkko oli keskimäärin 2,0 cm paksuinen ja turbulenssimallina käytettiin k-omega SST-mallia sen ominaisuuksien vuoksi.
Tulokset olivat samankaltaisia tehtyjen mittausten kanssa, joskin mallissa päästöjen konsentraatiokeskiarvot olivat suuremmat kuin todellisuudessa. Yhden päästölähteen konsentraatiot malli arvioi jonkin verran alakanttiin. Myös mittauspisteiden tarkkuudessa oli eroa. Malli toimi kutakuinkin odotusten mukaisesti.
Mittauksien ja mallin tuloksien erot johtuivat osittain käytetystä turbulenssimallista sekä mittauksien vajavaisuudesta. Vaikka RANS-yhtälöiden sijaan käytettiin URANS-yhtälöitä, joissa on epävakaa termi liikeyhtälöissä mukana, ei malli kykene tarkasti ennustamaan nopeita heilahteluita ja suuren skaalan turbulenssia, joka on päästöjen leviämistä laskettaessa tärkeä. Tarkempien tuloksien saamiseksi mallissa pitää tarkentaa rajakerrosverkkoa ja käyttää LES-mallia (large eddy simulation).