تهویه آلایندگی در مترو، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (تهویه آلایندگی در مترو)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی تهویه آلایندگی (pollution ventilation) درون مترو (subway) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است. در این پروژه، سیستم هواسازی (air conditioning) مربوط به ایستگاه مترو مورد بررسی قرار گرفته است.

ایستگاه مترو یکی از شلوغ‌ترین مکان‌های عمومی است. بنابراین، این محیط به راحتی در معرض آلودگی قرار می‌گیرد. در این مدل‌سازی، یک گاز آلاینده با وزن مولکولی 5/77 کیلوگرم بر کیلومول و ظرفیت حرارتی ویژه 1100 ژول بر کیلوگرم کلوین تعریف شده است.

فرض می‌شود که درهای مترو منبع آلاینده هستند؛ زیرا مکانی برای مسافران هستند. سیستم تهویه مطبوع مترو قرار است در سقف ایستگاه مترو قرار بگیرد تا با قدرت مکش خود آلاینده‌ها را به محیط بیرون منتقل کند. گاز آلاینده با سرعت 0.1 متربرثانیه وارد ایستگاه مترو می‌شود و با فشار خلاء به محیط بیرون منتقل می‌شود.

هندسه مدل حاضر با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) ترسیم شده است. هندسه این مدل مربوط به یک ایستگاه مترو است که شامل یک خط مترو با ریل است.

سپس مدل با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی شده است. مش بندی مدل از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد 374718 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

در این شبیه سازی، از مدل انتقال گونه‌ها (species transport) استفاده شده است. در این مدل باید دو گونه تعریف شود. زیرا در داخل ایستگاه جریان هوا وجود دارد و سپس گاز آلاینده وارد آن می‌شود. مدل انتقال گونه‌ها معادلات انتقال هر گونه تعریف شده را حل می‌کند.

همچنین، از شرایط مرزی فن اگزوز (exhaust fan) برای تعیین مکش در پانل‌های خروجی واقع در سقف ایستگاه مترو استفاده می‌شود. در اگزوز فن، یک پرش فشار (pressure jump) تعریف شده است که در آن گاز آلاینده از محیط خارج می‌شود. این پرش فشار معادل 1000000 پاسکال است.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) سه بعدی مربوط به فشار، سرعت و کسر جرمی (mass fraction) آلاینده‌ها به دست می‌آید. کانتور آلاینده‌ها نشان می‌دهد که عملکرد سیستم تهویه مطبوع ایستگاه مترو بهینه است.

آلاینده‌ها از درهای مترو وارد ایستگاه می‌شوند اما به فضا سرایت نمی‌کنند؛ زیرا استفاده از فن‌های قدرتمند سیستم تهویه هوا در سقف ایستگاه باعث انتقال هوای آلوده به محیط بیرون می‌شود.