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Analysis of a reactive porous separation effects on depollution and indoor air quality: Application of LBM-MRT to heat and mass transfers
(Elsevier, 2024) Arab, Assia; Himrane, Nabil; Hireche, Zouhira; Halouane, Yacine; Bennacer, Rachid; Ameziani, Djamel Eddine
The reduction of energy demand and the indoor air quality associated with energy demand are the main goals of thermal buildings. This work is devoted to the study of the effect of a reactive porous separation on the ventilation (cooling) and depollution capacity in a rectangular room ventilated by air displacement. The model is considered as a cavity heated on its right verticle wall and thermally isolated by the other three walls. A porous separation divides the room into two compartments. The system of equations was solved using the Lattice Boltzmann method with multiple relaxation times. The extended Darcy Brinkman-Forchheimer model was used to simulate the porous material. An additional linear term is added to the standard transport equations (material diffusion) to account for reaction effects, this term was derived from Arrhenius' law. Over a wide range of Richardson and Darcy numbers, the results of the computations show the influence of these parameters on the flow structure, making it possible to categorize the different convection phenomena (natural, forced and mixed). The most important point to note is that the addition of reaction (fixing reaction) improves indoor air quality and can achieve a 55 % reduction in air renewal time, thus saving on energy costs. However, this reactif effect has no influence on the thermal efficiency of the proposed model.
Application de lattice boltzmann method dans l'habitat : cas de la ventilation et de la dépollution
(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2024) Arab, Assia; Himrane, Nabil(Directeur de thèse)
Le travail de cette thèse est consacré à une étude numérique du confort thermique dans l'habitat en utilisant la méthode de Lattice Bolltzmann (LBM). Le modèle physique bidimensionnel considéré consiste en une cavité rectangulaire ventilée par déplacement d'air, la paroi latérale droite est maintenue à une température chaude constante tant dis que les trois autres parois sont considérées adiabatiques. Une Séparation Poreuse Réactive (SPR) avec une hauteur variable divise la pièce en deux compartiments. La simulation numérique a été effecté en utilisant la méthode Lattice Boltzmann avec un temps de relaxation multiples (LBM-MRT). L'approximation de Boussinesq est considérée pour l'écoulement de fluide et le modèle de Darcy Brinkman-Forchheimer a été utilisé pour simuler le matériau poreux. Un terme linéaire supplémentaire est ajouté aux équations de transport standard (d'espèce) pour tenir compte des effets de la réaction de fixation, ce terme étant dérivé de la loi d'Arrhenius. Pour le cas d'une hauteur fixe de la SPR égale à 0.9 et pour une large gamme de nombres de Richardson et de Darcy, les résultats des calculs mettent en évidence l'influence de ces paramètres sur la structure de l'écoulement, permettant ainsi de classifier les différents phénomènes de convection (naturelle, forcée et mixte). Un point crucial à noter est que l'ajout de la réaction de fixation améliore la qualité de l'air intérieur et réduit le temps de renouvellement de l'air de 55% pour une valeur de Darcy égale à , économisant ainsi sur les coûts énergétiques. Cependant, cet effet réactif ne semble pas influencer l'efficacité thermique du modèle proposé. L'analyse de la variation de la hauteur de la SPR relève des résultats significatifs. L'impact le plus notable se manifeste dans le cas des faibles perméabilités, où la séparation poreuse se comporte comme un obstacle solide. Dans ces conditions, l'augmentation de la hauteur de la SPR engendre un élargissement (expansion) de la zone morte dans le deuxième compartiment, créant ainsi une zone polluée et thermiquement inconfortable
LBM-MRT study of a reactive porous separation on thermal and depollution efficiency in a ventilated room
(Elsevier Ltd, 2024) Arab, Assia; Himrane, Nabil; Ameziani, Djamel Eddine; Hireche, Zouhira; Halouane, Yacine; Magherbi, Mourad
This work investigates a mixed laminar thermosolutal convection phenomenon in a cavity ventilated by air displacement, equipped with a reactive porous separation of variable height inside. The Lattice Boltzmann method with multiple relaxation times (LBM-MRT) was adopted for the mathematical resolution. The extended Darcy Brinkman-Forchheimer model was used to simulate the porous material. The objective of this work is to improve the energy efficiency of ventilation systems and optimize indoor air quality. The main novelty of this research lies in the introduction of a complement to ventilation, in the form of a fixation reaction, making it possible to develop a physical model based on both the elimination and fixation of pollutants. The model represents a rectangular cavity with heating one of its vertical walls, while the other walls are adiabatic. The geometric and flow parameters examined are the height of the porous separation (Hp), its permeability (Darcy number), the fixing reaction rate (Ak) and the Reynolds Reas well as the Rayleigh Ra numbers. The most notable result concerns the estimated improvement of around 52% in thermal efficiency. This occurs in the case of a high Darcy number (Da=10−2), a height of 0.3, a moderate flow rate (Rec=5×102) and maximum thermal heating (Ra=106). This improvement is compared to case with a low Darcy value (Da=10−6). In the same scenario, the thermal efficiency reaches its peak at a height of 0.9. The results show that the impact of the fixation reaction and the height Hp is most noticeable at low permeabilities (low Da), as the porous separation acts as a solid wall. As a result, an increase in Hp leads to an expansion of the dead zone in the second compartment, creating a zone that is both polluted and thermally uncomfortable.