Experimentelle Untersuchung und numerische Simulation eines Quellluftsystems

Die in dieser Arbeit vorgestellten experimentellen Ergebnisse zweier Grenzfälle der Quellluftströmung – Wärmeeintrag durch eine vertikale Wand oder durch gleichverteilte Zylinder – zeigen die unterschiedlichen Ausbildungsmöglichkeiten eines Quellluftsystems. Wenn der Wärmeeintrag in einem Quellluftsystem gebündelt über eine vertikale Fläche in den Raum erfolgt, stellt sich in den betrachteten Fällen kein eindeutiger Zu- und Abluftbereich ein. Es kommt zu einer Kurzschlussströmung. Bei einer gleichmäßigen Verteilung im Raum und ausreichender Stärke der Wärmequellen bildet sich der gewünschte Zu- und Abluftbereich aus. Die Zuluftschichthöhe zwischen diesen Bereichen variiert jedoch nicht wie erwartet linear mit dem Zuluftvolumenstrom. Mit stetig wachsenden Rechnerkapazitäten und Vereinfachungen in der Anwendbarkeit wird die Computer-Fluid-Dynamics (CFD)-Analyse zunehmend zur Vorhersage der Strömungs-, Temperatur- und Luftqualitätsverhältnisse in Räumen verwendet. Gerade im Hinblick auf die Komplexität eines Quellluftsystems kann die CFD-Analyse einen Vorteil gegenüber der konventionellen Auslegung darstellen. Wird ein Raum mit Quelllüftung einer CFD-Analyse mit bekannten Zwei-Gleichungs-Turbulenzmodellen unterzogen, zeigen sich erhebliche Abweichungen zum Experiment. In dieser Arbeit wird zum einen eine Erweiterung des Standard k, e Modells zur Berechnung von niederturbulenten thermisch stabilen Strömungen vorgestellt. Zum anderen wird eine Erweiterung des Enhanced-Wall-Treatments der Software FLUENT6.0 zur Berechnung von thermisch instabilen wandnahen Strömungen eingeführt. Die Anwendung dieser Erweiterungen zur numerischen Simulation eines Quellluftsystems zeigt eine gute Übereinstimmung mit dem durchgeführten Experiment hinsichtlich des gesamten Temperaturfeldes. Unter Verwendung dieser Erweiterungen ergibt sich weiter eine hohe Genauigkeit der Berechnungen im Vergleich zu den experimentellen Ergebnissen hinsichtlich der Lüftungseffektivität im Raum und im Nahbereich der untersuchten Wärmequellen.