Estimation of flow through porous and perforated plates with CFX and scale model validations

Airflow patterns through a livestock building with a diffusing ceiling ventilation system were modelled using the computational fluid dynamics (CFD) code CFX. Two kinds of ceilings were tested in a 1/10 scale model : a porous diffusing ceiling and a perforated plate. Several simulations were carried out for each kind of ceiling in the scale model geometry and predicted air velocities were compared with experimental data. Good predictions were obtained with a porous plate as diffusing ceiling. For the perforated plate ceiling, rather good predictions were obtained by individually simulating each hole of the plate. This perforated plate was also modelled by a virutual porous medium. We got poor consistency until we used the correction proposed by Wen, 1994. With that correction we obtained a dramatic improvement which opens an opportunity to get a good prediction of the flow in realistic conditions. / Les écoulements d'air dans un bâtiments d'élevage ventilé par un système à plafond diffuseur ont été modélisés à l'aide de la MFN (Mécaniques des Fluides Numériques) et du code de calcul CFX. Deux types de plafonds ont été testés dans une maquette au 1/10ème : un plafond poreux diffusant et une plaque perforée. Plusieurs simulations ont été réalisées pour chaque type de plafond pour la géométrie de la maquette et les vitesses prédites ont été comparées aux données expérimentales. De bonnes prédictions ont été obtenues avec le milieux poreux comme plafond diffuseur. Pour la plaque perforée, on a obtenu des simulations assez bonnes en considérant individuellement chaque trou de la plaque perforée. Cette plaque perforée a aussi été modélisée par un milieu poreux virtuel. On a une faible consistance dans les résultats tant que l'on n'utilise pas la correction proposée par Wen, 1994. Avec cette corrrection on a obtenu une amélioration qui offre l'opportunité d'obtenir de bonnes prédictions de l'écoulement dans des conditions réalistes

Modélisation de l'écoulement d'air à travers des écrans en bâtiments d'élevage par simulations et validations expérimentales

[Departement_IRSTEA]EAA [TR1_IRSTEA]EAA2-NOVAPROCESS, Conception de systèmes d'équipements complexes pour l'agro-industrieThis study has been led to develop the use of numerical simulations to model the air motion in a ventilated livestock building with a diffusing ceiling inlet. To validate the use of CFD (Computational Fluid Dynamic) we built a simple scale-model. Several airflow simulations were carried out with the CFX software. Good predictions were obtained for ventilated rooms with an isotropic porous material in the location of the diffusing ceiling. In the case of a perforated diffusing ceiling, rather good predictions of the flow structure were obtained by individually simulating each hole of the plate but accuracy was insufficient. We tested also a crude modelling of this perforated plate by considering it as a virtual porous medium. Such simulations were not consistent and may be enhanced with a better determination of the anisotropic resistance in this medium.Cette étude a été menée afin de développer l'utilisation de la simulation numérique pour modéliser l'écoulement de l'air dans un bâtiment d'élevage ventilé par un système à plafond diffuseur. Pour valider l'utilisation de la MFN (Mécanique des Fluides Numériques) on a construit un modèle réduit simplifié. Plusieurs simulations ont été réalisées avec le logiciel CFX. De bonnes prédictions ont été obtenues pour des pièces ventilées avec un matériau à porosité isotropique à la place du plafond diffuseur. Dans le cas d'un plafond diffuseur perforé, on a obtenu des prédictions assez bonnes de la structure de l'écoulement en représentant individuellement chacun des trous du plafond mais la précision n'est pas suffisante. Nous avons aussi testé une modélisation globale de cette plaque perforée en la considérant comme un milieu poreux virtuel. De telles simulations ne sont pas consistantes et pourraient être améliorées par une meilleure détermination de la résistance anisotropique dans ce milieu

Estimation de l'écoulement à travers des plaques poreuses et perforées à l'aide de CFX et validations sur maquettes

[Departement_IRSTEA]EAA [TR1_IRSTEA]EAA2-NOVAPROCESS, Conception de systèmes d'équipements complexes pour l'agro-industrieAirflow patterns through a livestock building with a diffusing ceiling ventilation system were modelled using the computational fluid dynamics (CFD) code CFX. Two kinds of ceilings were tested in a 1/10 scale model : a porous diffusing ceiling and a perforated plate. Several simulations were carried out for each kind of ceiling in the scale model geometry and predicted air velocities were compared with experimental data. Good predictions were obtained with a porous plate as diffusing ceiling. For the perforated plate ceiling, rather good predictions were obtained by individually simulating each hole of the plate. This perforated plate was also modelled by a virutual porous medium. We got poor consistency until we used the correction proposed by Wen, 1994. With that correction we obtained a dramatic improvement which opens an opportunity to get a good prediction of the flow in realistic conditions.Les écoulements d'air dans un bâtiments d'élevage ventilé par un système à plafond diffuseur ont été modélisés à l'aide de la MFN (Mécaniques des Fluides Numériques) et du code de calcul CFX. Deux types de plafonds ont été testés dans une maquette au 1/10ème : un plafond poreux diffusant et une plaque perforée. Plusieurs simulations ont été réalisées pour chaque type de plafond pour la géométrie de la maquette et les vitesses prédites ont été comparées aux données expérimentales. De bonnes prédictions ont été obtenues avec le milieux poreux comme plafond diffuseur. Pour la plaque perforée, on a obtenu des simulations assez bonnes en considérant individuellement chaque trou de la plaque perforée. Cette plaque perforée a aussi été modélisée par un milieu poreux virtuel. On a une faible consistance dans les résultats tant que l'on n'utilise pas la correction proposée par Wen, 1994. Avec cette corrrection on a obtenu une amélioration qui offre l'opportunité d'obtenir de bonnes prédictions de l'écoulement dans des conditions réalistes

Modelling of air flow through screens in livestock buildings by simulations and scale model experiments

This study has been led to develop the use of numerical simulations to model the air motion in a ventilated livestock building with a diffusing ceiling inlet. To validate the use of CFD (Computational Fluid Dynamic) we built a simple scale-model. Several airflow simulations were carried out with the CFX software. Good predictions were obtained for ventilated rooms with an isotropic porous material in the location of the diffusing ceiling. In the case of a perforated diffusing ceiling, rather good predictions of the flow structure were obtained by individually simulating each hole of the plate but accuracy was insufficient. We tested also a crude modelling of this perforated plate by considering it as a virtual porous medium. Such simulations were not consistent and may be enhanced with a better determination of the anisotropic resistance in this medium. / Cette étude a été menée afin de développer l'utilisation de la simulation numérique pour modéliser l'écoulement de l'air dans un bâtiment d'élevage ventilé par un système à plafond diffuseur. Pour valider l'utilisation de la MFN (Mécanique des Fluides Numériques) on a construit un modèle réduit simplifié. Plusieurs simulations ont été réalisées avec le logiciel CFX. De bonnes prédictions ont été obtenues pour des pièces ventilées avec un matériau à porosité isotropique à la place du plafond diffuseur. Dans le cas d'un plafond diffuseur perforé, on a obtenu des prédictions assez bonnes de la structure de l'écoulement en représentant individuellement chacun des trous du plafond mais la précision n'est pas suffisante. Nous avons aussi testé une modélisation globale de cette plaque perforée en la considérant comme un milieu poreux virtuel. De telles simulations ne sont pas consistantes et pourraient être améliorées par une meilleure détermination de la résistance anisotropique dans ce milieu

Etude préliminaire de la ventilation par plafond diffuseur d'un bâtiment d'élevage par simulation numérique

The diffusing ceiling is a concept for air inlet largely used in livestock buildings in France for its aptitude to control thermal conditions. This paper presents the preliminary results of two models to obtain valid representation air flow patterns in such geometry. To achieve this study, we solved the fluid mechanics equations with CFD techniques by the use of the software CFDS-Flow 3D. More precisely, we use the standard 2 equations k-E model to close the problem of turbulence. The real difficulty in this study consists of the simulation of flow through screens like perforated plates. We have defined two kinds of simulations to compute such flow field. Numerical results are compared with experimental data obtained on a scale model which have been located in a wind tunnel. We acquired measures and visualizations of this test flow. The analysis of these results lets us think that we could define a computationally cheap modeling of the diffusing ceiling by defining it as a particular porous media in the numerical grid.Le plafond diffuseur est un concept d'entrée d'air largement utilisé pour les bâtiments d'élevage en France pour sa capacité à contrôler les conditions thermiques. Ce papier présente des résultats préliminaires de deux modèles pour obtenir une représentation valide des circuits d'air dans de telles géométries. Pour réaliser cette étude, nous résolvons les équations de la mécanique des fluides en utilisant le logiciel CFDS - Flow 3D. Plus précisément, on utilise le modèle de turbulence kE standard pour fermer le problème de la turbulence. La difficulté dans cette étude consiste en la simulation de l'écoulement à travers des écrans comme les plaques perforées. On a défini 2 types de simulations pour calculer ces écoulements. Les résultats numériques sont comparés avec des données expérimentales dans une maquette. Des mesures et visualisation ont été réalisées. L'analyse de ces résultats laisse penser que l'on pourrait définir une modélisation peu coûteuse du plafond diffuseur en le définissant comme un milieu poreux virtuel