مقال تقني

زوايا الانعطاف في مجاري الهواء

حلول ريش توجيه عالية الأداء لأنفاق الرياح، وأنظمة HVAC، والتطبيقات الصناعية

نظرة عامةالمبادئ والكفاءةأبرز ميزات المنتجالتطبيقاتالتركيبالوثائقالمراجع

مقدمة عن ريش التوجيه

في مجال إدارة تدفق الهواء، يلعب تصميم زوايا المجاري دوراً رئيسياً في كفاءة ووظائف التهوية، وأنظمة HVAC، وأنفاق الرياح. عندما يُجبر الهواء على القيام بدوران حاد، كما هو مطلوب غالباً في شبكات المجاري، فإنه يواجه مقاومة هيدروليكية متزايدة، مما يؤدي إلى خسائر ضغط أعلى واضطراب. لا يؤدي هذا إلى المساس بكفاءة النظام من خلال طلب المزيد من الطاقة للحفاظ على تدفق الهواء فحسب، بل يؤثر أيضاً على السلامة الهيكلية لشبكة المجاري بسبب الضغوط غير المتساوية التي تمارسها التدفقات المضطربة.

هنا يأتي دور ريش التوجيه (Turning Vanes)، المعروفة أيضاً باسم ريش الزاوية أو الريش الموجهة (الشكل 1). مصممة ليتم تركيبها داخل الزوايا، تسمح ريش زاوية المجرى للهواء بالتنقل في الدوران بأقل مقاومة، مما يقلل بشكل فعال من خسائر الضغط ويخفف من الاضطراب دون الحاجة إلى المساحة الإضافية التي تتطلبها الانحناءات نصف القطرية الملساء. وهذا يجعل ريش التوجيه حلاً مثالياً لإدارة تدفق الهواء بكفاءة في مساحة مضغوطة.

تجميعة قسم زاوية ريش توجيه TunnelTech

الشكل 1. تجميعة قسم زاوية ريش توجيه TunnelTech

أقسام ريش توجيه عالية الأداء تنافس حلول HVAC العامة.

الحل التقليدي للتغلب على الظواهر الضارة المذكورة المتمثلة في زيادة الاضطراب وفقدان الضغط والضوضاء في مجرى منحني بشكل حاد هو تصميم أكواع مجرى شعاعية (الشكل 2 و الشكل 4، الحالة 2). هذه الأكواع، على الرغم من فعاليتها في بعض التخفيف من الاضطراب والضوضاء وخسائر الضغط (التي تكون شائعة في انحناء حاد كما يظهر في الشكل 4، الحالة 1)، لها مجموعتها الخاصة من المشاكل.

يتم عرض العديد من شبكات مجاري التهوية التقليدية مع دوران مصنوع من صفائح معدنية منحنية بسلاسة مع موجهات تدفق منحنية في الشكل 2 على اليسار. تمثل الصورة أمثلة قليلة للمتغيرات القياسية المستخدمة بشكل شائع في مجاري HVAC، على سبيل المثال المتوافقة مع معايير مجاري الهواء DW144.

تعد حلول المجاري هذه شائعة وفعالة من حيث التكلفة للتطبيقات الصغيرة في الهندسة المدنية والأعمال الصغيرة وأنظمة HVAC منخفضة الطاقة حيث لا تعد تكلفة الطاقة عاملاً مهماً. ومع ذلك، فإن هذا التصميم ليس حلاً جيداً لأنظمة التهوية والتبريد في النطاقات المتوسطة والكبيرة وتوليد الطاقة عالي السعة، والمعادن، والآلات التوربينية، والمبادلات الحرارية، واسترداد الحرارة المهدرة وتطبيقات الطاقة الخضراء والمتجددة الحديثة حيث تكون الكفاءة الهيدروليكية وتوفير الطاقة أمراً ضرورياً.

ومع ذلك، ليست هناك حاجة لبناء مجرى مخصص غير قياسي في كل مرة يحتاج فيها استهلاك الطاقة لشبكة هيدروليكية إلى التحسين إلى الكمال. يوضح نفس الشكل 2 على اليمين متغيراً لقسم التوجيه القطري من TunnelTech، وهو موفر للطاقة، ومنخفض الضوضاء ومنخفض الاضطراب، مع تلبية معايير الصناعة لأنظمة HVAC، ولكن يمكن استخدامه أيضاً في حالات الاستخدام الصناعي واسعة النطاق وعالية الطاقة. يظهر مثال لمنشأة واسعة النطاق حيث يمكن دمج قسم ريش التوجيه القطري بسهولة في الشكل 3.

كوع أملس تقليدي متوسط الحجم لأنظمة HVAC مع ريشة تقسيم مصنوعة من الصفائح المعدنية، معيار DW144 (على اليسار)، وتجميعة ريش توجيه قطرية عالية الأداء من TunnelTech لمجاري الهواء القياسية (على اليمين)

الشكل 2. كوع أملس تقليدي متوسط الحجم لأنظمة HVAC مع ريشة تقسيم مصنوعة من الصفائح المعدنية، معيار DW144 (على اليسار)، وتجميعة ريش توجيه قطرية عالية الأداء من TunnelTech لمجاري الهواء القياسية (على اليمين).

أقسام دوران مجرى الهواء واسعة النطاق من TunnelTech لأنفاق الرياح وتوليد الطاقة والتطبيقات الصناعية

الشكل 3. أقسام دوران مجرى الهواء واسعة النطاق من TunnelTech لأنفاق الرياح وتوليد الطاقة والتطبيقات الصناعية.

تصميم ريش التوجيه لهبوط الضغط والاضطراب وتقليل الضوضاء

لمقارنة تصميمات زوايا الدوران المختلفة، تم توضيح هبوط الضغط (ΔP) وأنماط التدفق المحاكية بـ CFD في الشكل 4 أدناه. تم اختيار سرعة تدفق هواء عند المدخل تبلغ 20 m/s ومجرى مربع 2×2 م كمثال توضيحي. تم اختيار نطاق السرعة 20 m/s لأغراض العرض، حيث تعمل أنفاق الرياح العمودية الاحترافية للقفز الحر الداخلي عادةً معظم الوقت في أوضاع تتراوح فيها سرعة التدفق في القسم الدوار بين 10 و 30 m/s. تم إجراء حسابات CFD لغلاف جوي قياسي واحد عند 20 درجة مئوية ورطوبة هواء صفرية مع غاز قابل للانضغاط وجدار أديباتي بخشونة 250 µm. تم استخدام شبكة من 6 إلى 10 مليون خلية لكل مجال. تم تطبيق ملف تعريف مدخل مسطح واضطراب بنسبة 2% عند حدود المدخل. تمت معالجة الاضطراب باستخدام نموذج k-ε.

ملاحظة هامة! يرجى ملاحظة أن الرسوم التوضيحية الموضحة في الشكل 4 هي أمثلة خاصة، تم تقديمها فقط لغرض توضيح مبادئ التشغيل ومقارنة أنواع قليلة من أقسام الزاوية الدوارة. لا يمكن تفسير هذه الحالات على أنها عامة لكل حالة استخدام على الإطلاق. لكل نظام تهوية حقيقي أو شبكة هيدروليكية أخرى، يجب مراعاة المعلمات الهيدروليكية المحددة، وحجم وشكل المجرى، والخشونة والمخالفات الهيكلية، وعدم تجانس التدفق ومعلمات الغاز الفيزيائية الدقيقة لكل نقطة حسابية. يمكنك طلب مثل هذا الحساب لنظام معين عن طريق الاتصال بنا.

يتم وصف حالات التصميم التالية:

  1. قسم زاوية بدون ريش توجيه.
  2. قسم زاوية منحني بسلاسة (r = ½ ارتفاع المجرى) مع موجهات تدفق منحنية شعاعياً. يعتمد هبوط الضغط أيضاً على عدد وهندسة فواصل المجرى. يظهر المثال مع الحد الأدنى لعدد ألواح تقسيم تدفق الهواء ذات الشكل الأمثل.
  3. ألواح رقيقة منحنية شعاعياً بسيطة (سمك 10-20 مم).
  4. ريش توجيه نموذجية غير محسنة لأقرب المنافسين.
  5. ريش توجيه TunnelTech (TTE-TV) بمقطع جانبي محسن.

المشكلة الأكثر أهمية في المجاري المنحنية الدائرية مع عدد قليل من فواصل الألواح المنحنية البسيطة (أو بدون ريش توجيه على الإطلاق) هي نمط توزيع الضغط والسرعة عند مخرج قسم الدوران (الشكل 4، الحالة 2، انظر المقطع العرضي للمخرج). يوضح هذا النمط أن السرعة ستزداد من الجدار الخارجي إلى الجدار الداخلي لكل مجال فرعي للتدفق، مما يؤدي إلى تدفق غير منتظم واضطراب كبير وضوضاء. كلما صغر نصف قطر الدوران، زادت احتمالية انفصال التدفق، وتشوه مجال الضغط والسرعة، ومستوى الضوضاء وقيمة هبوط الضغط.

الطريقة الوحيدة للتغلب على هذه المشكلات هي نصف قطر انحناء كبير لقسم الزاوية هذا وزيادة عدد ريش توجيه تدفق الهواء. وهنا تأتي المشكلة الثانية – المساحة المتزايدة المطلوبة لاستيعاب مثل هذه الانحناءات وتكلفة المواد لعدة فواصل مجرى هواء شعاعية، بحجم مقطع المجرى العرضي. في أنظمة المجاري الكبيرة، يمكن أن يؤدي تنفيذ انحناءات نصف قطرية ناعمة إلى هياكل كبيرة بشكل غير معقول، مما يجعل هذا النهج غير عملي في العديد من السيناريوهات، خاصة حيث تكون المساحة محدودة. تظهر المساحة الإضافية المطلوبة بالخطوط المتقطعة في الشكل 4، الحالة 2 أدناه. يجب زيادة ارتفاع وعرض كل دوران بمقدار ½ حجم المجرى كحد أدنى. بالنسبة لأنفاق الرياح ذات الدارة المغلقة (Recirculating)، يعني ذلك زيادة أبعاد المبنى بعدة أمتار في كل اتجاه، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف أعمال المجاري وزيادة الاستثمارات الرأسمالية. بالإضافة إلى ذلك، سيكلف كل مقسم تدفق نفس تكلفة جدار المجرى.

أقسام الزاوية في شبكة مجاري الهواء - مقارنة التصميم والأداء

الشكل 4. أقسام الزاوية في شبكة مجاري الهواء - مقارنة التصميم والأداء

الحل الأمثل لأنفاق الرياح والتهوية الصناعية هو ريش القسم الدوار ذات المقطع الجناحي المرتبة بشكل قطري كما هو موضح في الشكل 4، الحالات 3-5.

جميع صور CFD أعلاه تتوافق مع قسم زاوية مجرى الهواء بمدخل 2x2 م عند سرعة تدفق هواء 20 m/s، كمثال، وهو الأكثر صلة بحالات استخدام القفز الحر الداخلي وأنفاق الرياح دون سرعة الصوت منخفضة السرعة.

يُظهر الشكل 4 الحالة 3 قسماً زاوياً بريش توجيه بسيطة مصنوعة من صفائح معدنية رقيقة منحنية. الشكل 4 الحالة 4 هو أفضل مثال للريش الدوارة المتاحة من أقرب منافسي TunnelTech. كلاهما له طول وتر أصغر وشكل انسيابي غير محسن، مما يؤدي إلى ما يبدو أنه عدم انتظام في التدفق المتبقي عند مخرج القسم، ومقاومة ديناميكية هوائية أكبر وضوضاء في مجرى الهواء. عادة ما تتجاوز الريش الرقيقة المصنوعة من صفائح معدنية منحنية بسيطة مستويات الضوضاء المسموح بها حتى عند سرعة هواء منخفضة، والخيار ذو المقطع السميك والقصير مع نسبة وتر إلى سمك منخفضة سيكون له أيضاً مساحة سطح أصغر، وهو أمر غير مرغوب فيه في التطبيقات التي تستخدم فيها ريش توجيه مبردة لنقل الحرارة.

في الجزء السفلي من الشكل 4 الحالة 5، تظهر زاوية مجرى الهواء المجهزة بـ ريش توجيه TunnelTech عالية الأداء (للطلب راجع رقم الجزء التالي: TTE-TV-90). كما يتضح من المقاطع العرضية، يكون التدفق أكثر انتظاماً في حالة ريش التوجيه ذات التشكيل الجانبي الصحيح، مما يؤدي إلى هبوط أقل في الضغط واضطراب منخفض.

كما أن ملف ضغط/سرعة الهواء عند المخرج أفضل بكثير لأقسام الزاوية من TunnelTech المجهزة بريش طويلة الوتر مقارنة بالحالات الأخرى. وينتج عن ذلك جودة ديناميكية هوائية لا تضاهى لـ TunnelTech، كما ينعكس في العديد من المراجعات من قبل ممارسي القفز الحر المحترفين والعملاء الآخرين.

جميع البيانات التي تمت مناقشتها أعلاه، بما في ذلك طول الوتر وخيارات التبريد، متاحة أيضاً في <strong>الجدول 1</strong>.

الجدول 1. معلمات مقارنة للحالات 1-5 من الشكل 4.
الحالة / نوع الريشةΔP (Pa) (*)ξ (*)طول الوتر (mm)التبريد
1. بدون ريش، دوران حاد1140.47—لا
2. قسم زاوية منحني بسلاسة410.17> 2000لا
3. ألواح رقيقة منحنية شعاعياً بسيطة800.33250–500لا
4. ريش توجيه لأقرب المنافسين880.37280نعم
5. ريش توجيه TunnelTech المحسنة570.24500نعم

قيم معامل الفقد الهيدروليكي لنطاق سرعة يصل إلى 100m/s لقسم دوران المجرى مع ريش TunnelTech والمنافسين، مع عدم وجود تباين بسبب اختيار البيانات الأولية، موضحة في الشكل 5.

مزيد من التفاصيل حول الخسائر الهيدروليكية على طول المجرى، والمقاومة المحلية ومعامل الفقد الهيدروليكي الكلي موضحة أدناه.

مقارنة قسم الدوران لـ TunnelTech والمنافسين. معامل الفقد الهيدروليكي Darcy-Weisbach لنفس الهندسة وظروف الحساب الأولية.

الشكل 5. مقارنة قسم الدوران لـ TunnelTech والمنافسين. معامل الفقد الهيدروليكي Darcy-Weisbach لنفس الهندسة وظروف الحساب الأولية.

تخفيف الاضطراب لحسابات السلامة الهيدروليكية والهيكلية الموثوقة

مقياس اضطراب قسم ريش الزاوية لـ TunnelTech (م) عند 20 m/s

الشكل 6. مقياس اضطراب قسم ريش الزاوية لـ TunnelTech (م) عند 20 m/s

يعد ملف الضغط/السرعة السلس والمتوقع مهماً بشكل خاص للتطبيقات التي لا يكون فيها الاضطراب العالي أو انفصال التدفق مقبولاً، مثل أنفاق الرياح التجريبية، ومرافق القفز الحر الداخلي، والتطبيقات عالية الطاقة. هذه الظواهر الطفيلية، وكذلك نبضات الضغط الناتجة عن انفصال التدفق والاضطراب واسع النطاق، غير مقبولة أيضاً في التركيبات التي تتطلب غياب الاهتزازات المستحثة صوتياً وحيث لا يُسمح بأي انحرافات في الضغط الاستاتيكي بسبب متطلبات الاستقرار الهيكلي لمجرى الهواء. بالإضافة إلى ذلك، تعد هذه التدفقات المضطربة مصدراً شائعاً للضوضاء، مما يقلل من الأداء العام للنظام والراحة المقدمة للمستخدمين النهائيين.

يجب أيضاً اعتبار أن عدم انتظام التدفق يميل إلى التطور والتكثيف بشكل أكبر، إذا لم يتم استخدام مقومات خاصة، أو هياكل قرص العسل (honeycombs)، أو شبكات إزالة الاضطراب أو غيرها من أجهزة إدارة تدفق الهواء [1-3]. يتطلب التحليل الديناميكي الدقيق للغاز حساب مقاومة كل عنصر تالٍ في مجرى الهواء مع مراعاة ملف ضغط/سرعة المدخل الحقيقي، والذي يتم إنشاؤه في العنصر السابق للشبكة الهيدروليكية. بالنسبة للشبكات الهيدروليكية الطويلة، غالباً ما يكون من المستحيل إجراء محاكاة CFD للنظام بأكمله بسبب الأبعاد الهائلة. لمثل هذا الموقف، يتم استخدام حسابات شبه تجريبية تقريبية تتضمن أرقاماً لابعدية للموائع ومعايير هندسية [4] أو برامج تعتمد على مثل هذه الطرق. أيضاً، عادةً ما يتم إجراء نمذجة FEA لتحديد الاستقرار الهيكلي للمجرى مع تطبيق حقل ضغط استاتيكي مستقر على جدران المجرى. وبالتالي، فإن عدم انتظام التدفق الشديد الذي يتطور في اتجاه مجرى النهر يمكن أن يؤدي أيضاً إلى حدوث خطأ في تحقيقات السلامة الحرجة للهياكل الحاملة.

عادة لا تتعامل الطرق التقريبية مع تشويه ملف تعريف السرعة عند مدخل عنصر الشبكة الهيدروليكية، وتأخذ في الاعتبار في أحسن الأحوال ما إذا كان الملف الشخصي متطوراً أو لم يتطور بعد (موحد)، ومعلمات الطبقة الحدية. في أنفاق الرياح وأنظمة التهوية الصناعية، يمكن أن يتسبب كل دوران للتدفق في عدم انتظام ودوامة تدفق قوية، مما يؤدي إلى عدم اليقين في حسابات المقاومة الهيدروليكية في الشبكات الهيدروليكية الطويلة. لذلك، حيثما أمكن، يجب تجنب ظهور مخالفات كبيرة في ملف تعريف السرعة.

يمكن أن نرى في الشكل 6 ومن ما تم توضيحه أعلاه أن معلمات أقسام الدوران مع ريش توجيه TunnelTech هي بحيث لا تخلق اضطرابات تدفق إضافية ولكن يمكن استخدامها أيضاً لتخميد الدوامات وعدم الانتظام في اتجاه مجرى النهر لقسم الدوران. وبالتالي، يمكن للقسم الدوار المزود بريش TunnelTech أن يعمل أيضاً كمقوم تدفق فعال، يتم تركيبه بعد المروحة المحورية، أو ناشر المجرى، أو المبادل الحراري، أو قسم الاختبار، أو التفرع أو النقر في مجرى، أو أي كائن آخر يولد الاضطراب.

معامل المقاومة الموضعية

يمكن حساب خصائص المقاومة الموضعية لزاوية الدوران باستخدام معادلة Darcy-Weisbach المعروفة:

ΔP = ξ · ρ · v² / 2

حيث:

  • ΔP – إجمالي خسائر الضغط (هبوط الضغط) بـ Pa؛
  • ξ – معامل المقاومة الموضعية (Darcy-Weisbach)؛
  • ρ – كثافة المائع (kg/m³)؛
  • V – سرعة المائع عند المقطع العرضي للمدخل (m/s).

هذه المعلمات، التي تحدد كفاءة الطاقة لمجرى الهواء، تعتمد بشكل كبير على تصميم ريشة التوجيه.

وفقاً لـ [4] يمكن تمثيل المقاومة الكلية لعنصر هيدروليكي معقد كمجموع لمقاومة احتكاك الطول ξL والمقاومة الموضعية ξ0:

ξSUM = ξL + ξ0

بالنسبة لمجرى الهواء المستقيم، تتناسب مقاومة الطول طردياً مع الطول وعكسياً مع القطر الهيدروليكي، وهو ما يتم التعبير عنه بالصيغة:

ξL = (L / D) · f

حيث f هو معامل احتكاك دارسي.

في حالة الأنابيب ذات الشكل البسيط (مثل الدائرية، المربعة، السداسية)، يمكن التعبير عن f بتبعية غير خطية لرقم رينولدز فقط – انظر الفصل 2 في [4] أو https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation

يمكن حساب معامل الاحتكاك f لأنبوب دائري بسيط (مجرى دائري) بجدران ملساء، مع ملف تعريف تدفق مستقر ومتطور عند المدخل وللنظام المضطرب (أرقام رينولدز Re > 4×103) بالصيغة:

f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²

بالنسبة للمجاري الحقيقية، يجب أيضاً مراعاة الخشونة.

يوضح الشكل 7 أدناه رسماً بيانياً لـ معامل احتكاك دارسي مقابل رقم رينولدز Re لمختلف الخشونة النسبية للجدار، نُشر لأول مرة بواسطة نيكورادزه في [5-8]. يُعرف هذا الرسم البياني أيضاً باسم مخطط مودي [9] أو ارتباط كولبروك-وايت [10-11]. يمكن العثور على دراسة حديثة للأنابيب الملساء في [12].

يوضح هذا المخطط التبعية المعقدة لـ f(Re) لأنبوب دائري ذي خشونة مختلفة. بالنسبة للأنابيب المربعة وغيرها من الأنابيب غير الدائرية، سيكون المخطط أكثر تعقيداً. وبالتالي، يجب مراعاة أنظمة التدفق (رقم رينولدز)، وشكل المجرى والخشونة النسبية للجدار.

مخطط مودي (المعروف أيضاً باسم نيكورادزه)، يوضح معامل احتكاك Darcy-Weissbach fD مرسوماً مقابل رقم رينولدز Re لمختلف الخشونة النسبية

الشكل 7. مخطط مودي (المعروف أيضاً باسم نيكورادزه)، يوضح معامل احتكاك Darcy–Weissbach fD مرسوماً مقابل رقم رينولدز Re لمختلف الخشونة النسبية – المخطط الأصلي: S Beck و R Collins، جامعة شيفيلد، مشارك تحت CC BY-SA 4.0، wikimedia.org

في حالة المجاري الخشنة الحقيقية، لا يزال من الممكن تمثيل المقاومة الكلية كمجموع ξSUM = ξL + ξ0 لمقاومة الطول والمقاومة الموضعية.

يبسط تمثيل المجموع هذا دراسة معلمات المجرى، حيث يمكن حساب المقاومة الموضعية ξ0 لهندسة عنصر مبسطة – على سبيل المثال، في صياغة دورية للمشكلة مع مجال حساب أصغر أو في إصدار ثنائي الأبعاد (2D) للمشكلة. لاحظ الحجم الهائل للمجال الحسابي للأمثلة الموضحة في الشكل 4، حيث يبلغ ارتفاع القسم 3 أمتار وطوله 18 متراً، ويبدأ تقارب الشبكة في الظهور بشكل كافٍ بحجم يزيد عن 10 ملايين عنصر شبكي. يمكن أن يكون لمتغير صياغة المشكلة بشروط دورية أو ثنائية الأبعاد لهذه الحالات عدد أقل من عناصر الشبكة بترتيب من حيث الحجم، وسيستغرق الحساب المبسط لكل نقطة سرعة للرسم البياني ΔP(v) بضع دقائق فقط أو حتى ثوانٍ بدلاً من ساعات.

وبالتالي، يمكن أن يؤدي التقسيم إلى مجموع مقاومتين إلى تبسيط الحسابات بشكل كبير – يمكن للمرء تحديد المقاومة الموضعية ξ0 بسرعة ثم يمكن إضافة مقاومة الطول ξL. يمكن تقدير الأخير بسرعة من الجداول المعروفة أو عن طريق الصيغ التقريبية باستخدام معادلات مبسطة تعتمد على الأرقام اللابعدية ومعلمات هندسة مجرى الهواء. بالنسبة للعناصر الهيدروليكية وعناصر شبكة المجاري ذات التغيرات المفاجئة في اتجاه التدفق (الأكواع الزاوية، الانحناءات الملساء، الانحناءات بزوايا مختلفة مع وبدون ريش توجيه)، يتم تقديم نهج وطريقة مماثلة في الفصلين 6-1 و 6-2 في Handbook of hydraulic resistance الشامل [4].

أبرز ميزات المنتج

تأتي ريش توجيه تدفق الهواء من TunnelTech (منتج TTE-TV) في طليعة هذه التكنولوجيا، حيث تقدم كفاءة لا مثيل لها في إدارة تدفق الهواء. تم تصميم منتجاتنا لمجموعة واسعة من التطبيقات، من مرافق القفز الحر الداخلي وأنفاق الرياح إلى أنظمة HVAC والتهوية، مما يجسد أحدث ما توصل إليه التصميم الديناميكي الهوائي وكفاءة الطاقة.

شفة (Flange) ريشة توجيه TunnelTech

أداء قسم ريش التوجيه في مجاري الهواء

تضع ريش توجيه تدفق الهواء عالية الأداء من TunnelTech معيار الصناعة للطاقة والكفاءة الديناميكية الهوائية. تم تصميم ريش التوجيه الموفرة للطاقة لدينا لتقليل الاحتكاك الديناميكي الهوائي، مما يضمن تدفق هواء سلس وتقليل استهلاك الطاقة.

تتمتع ريش توجيه TunnelTech بخصائص مقاومة موضعية ممتازة لمجرى الهواء. يتم تقديم معلمات المقاومة، المحسوبة باستخدام معادلة Darcy-Weisbach، كما هو موضح أعلاه، في الأشكال التالية (انظر الشكل 8 أدناه) وفي ورقة بيانات ريش التوجيه.

بشكل عام، بالنسبة للحالة التي يكون فيها حجم المجرى غير معروف، يتم إعطاء القيم لعنصر مثالي يتميز بشروط حدود جانبية دورية، دون مراعاة المساهمة التي تقدمها مقاومة الجدار الإضافية على طول الطول والخشونة وتأثير المعلمات المحلية الأخرى. في الشكل 8 يتم إعطاء القيم لعنصر زاوية دوار مثالي مع ريش TunnelTech، والذي تم حسابه في تقريب التسلسل الدوري اللانهائي لـ 15 ريشة مكدسة مع شروط حدود دورية.

الشكل 8. معامل المقاومة الموضعية وهبوط الضغط المقابل لريش توجيه TunnelTech.

إذا كان نظام HVAC أو النظام الهيدروليكي الآخر يتكون من مجاري لا تغير عموماً شكل المقطع العرضي لمنطقة التدفق على طول مسار التدفق، فمن المناسب تقدير المقاومة لكل وحدة طول للحسابات التقريبية (يتم تقديرها، بالطبع، لنطاق السرعة بأكمله):

KL = ξL / L = f / Dh

حيث Dh هو القطر الهيدروليكي للمجرى. من السهل تحديد قيمة KL من الكتب المرجعية، كما تمت مناقشته أعلاه. وبالتالي، بضرب هذا في الطول، وإضافة قيم المقاومة الموضعية ξ0 التي تم الحصول عليها من أوراق البيانات أو المحسوبة بشكل مستقل، من الممكن تقدير إجمالي فقد الضغط في النظام بسرعة.

ξSUM = KL · L + ξ0

الأمثلة التوضيحية أعلاه الموضحة في الشكل 4 لمجرى مربع 2×2 متر مع معلمات الغاز والخشونة المستخدمة في الحساب لها مقاومة لكل وحدة طول بترتيب K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa. تنطبق هذه القيمة عند تقييم مجرى مربع دون حساب الانحناءات أو الريش أو المعدات الداخلية الأخرى. بالنسبة لطول كامل يبلغ 21 متراً تنتقل كتلة الهواء على طول المجرى سيعطي هبوطاً في الضغط يبلغ ~44 باسكال. إضافة إلى ذلك القيمة الموضحة في الشكل 8 (11 Pa لسرعة 20 m/s مأخوذة وفقاً لورقة بيانات ريش التوجيه (الجدول A.2.1) تعطي مقاومة إجمالية تبلغ 55 Pa لقسم مجرى مربع حقيقي 2×2 مع ريش دوارة فيه. تتوافق هذه القيمة جيداً مع القيمة الموضحة في الشكل 4، الحالة 5.

يمكن العثور بسهولة على مزيد من المعلومات حول الطرق التقريبية لحساب مقاومات المجاري من أي شكل دون استخدام طرق CFD في <a href="#references">[4]</a> أو أدبيات مماثلة.

ملاحظة هامة! يرجى ملاحظة أن الأمثلة الموضحة في الشكل 4 هي حالة خاصة فقط لتوضيح تشغيل الريش الدوارة ولا يمكن استخدامها لتقييم مجرى عشوائي! الشكل 8 قابل للتطبيق في سياق أوسع، ومع ذلك، يجب مراعاة المعلمات المحددة لمجرى العميل. يحتاج كل نظام محدد إلى تحليل مفصل، يمكنك طلبه من TunnelTech. للحصول على حساب دقيق للمقاومة الهيدروليكية للمجرى وتقييم خبير لاستهلاك الطاقة لمعدات التهوية أو نفق الرياح الخاص بك، يرجى الاتصال بنا.

يمكن العثور على معلومات إضافية حول الخدمات والبحث والتطوير أيضاً في صفحة التكنولوجيا وفي قسم الخدمات.

ريش توجيه للتبريد والتدفئة الصناعية

تتميز منتجاتنا، الفريدة من نوعها بين ريش التوجيه لمجاري الهواء الصناعية، بالقدرة على تدوير سائل التبريد بمعدل تدفق عالٍ، مما يسمح بالتبريد أو التدفئة الفعالة للهواء أثناء مروره عبر المجرى. تفتح هذه الميزة إمكانيات جديدة في التنظيم الحراري لاستخدام ريش التحكم في المناخ الداخلي والمبادلات الحرارية المدمجة في مجرى الهواء ذات المقاومة المنخفضة، مما يوفر لعملائنا حلولاً متعددة الاستخدامات لاحتياجات تدفق الهواء الخاصة بهم.

تم تقييمها باستخدام طريقة حساب HTCL (معامل انتقال الحرارة لكل متر طولي)، والتي تحدد التدفق الحراري (بالواط) لكل متر من طول ريشة التوجيه لكل كلفن من متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي (ΔTLMTD) بين الهواء الخارجي وسائل تبريد ريشة الزاوية، تم تصميم ريش التوجيه الخاصة بنا لتبديد الحرارة بفعالية عبر ظروف تدفق الهواء المختلفة، مما يضمن أداءً مستقراً وتنظيماً لدرجة الحرارة.

يتم عرض معلمات معامل انتقال الحرارة لريش التوجيه المبردة بالماء في الشكل 9، لكل من الهواء الرطب والجاف، حيث يمثل ΔP [kPa] فرق ضغط الماء بين منافذ الريشة للدخول والخروج (الأزرق والأحمر في الشكل 10).

الشكل 10. قنوات تبريد ريش التوجيه

الشكل 9. معامل HTCL. هواء جاف (RH=0%) ورطب (RH=90% عند 30 °C) عند فرق ضغط سائل تبريد مختلف (ماء) بين منافذ قناة سائل التبريد للدخول والخروج.

ريش توجيه لاسترداد الحرارة المهدرة

توفر ريش التوجيه المبردة ذات قنوات التبادل الحراري المدمجة حلاً متعدد الاستخدامات لاسترداد الحرارة المهدرة عبر مجموعة متنوعة من التطبيقات. عند دمجها في أنظمة التبادل الحراري، يمكن لهذه الريش التقاط الطاقة الحرارية الزائدة التي لولا ذلك ستضيع، ونقلها إلى أنظمة استرداد الحرارة، مما يعزز بشكل كبير الكفاءة الكلية للنظام.

في التطبيقات العملية، يمكن استخدام هذه التكنولوجيا في مجالات متعددة. على سبيل المثال، في العمليات الصناعية، يمكن لريش التوجيه المبردة استرداد الحرارة المهدرة من غازات العادم وإعادة توجيهها لتسخين السوائل أو الهواء الوارد مسبقاً، مما يقلل من استهلاك الطاقة. في أنظمة HVAC، يتم استخدام مبادئ مماثلة من خلال أجهزة مثل أجهزة تهوية استرداد الحرارة (HRVs) وأجهزة تهوية استرداد الطاقة (ERVs)، والتي تنقل الحرارة بين تيارات الهواء العادم والوارد. تقلل هذه العملية من الطاقة المطلوبة لتدفئة أو تبريد الهواء الوارد، مما يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن دمج ريش التوجيه المبردة في الأنظمة المستخدمة في قطاعات توليد الطاقة والطاقة المتجددة. على سبيل المثال، في أنظمة الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)، يتم استرداد الحرارة المهدرة من توليد الكهرباء واستخدامها لأغراض التدفئة، مما يحسن الكفاءة الكلية للنظام. في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية، يمكن أن تساعد هذه الريش في إدارة الطاقة الحرارية المستخرجة من الأرض، مما يحسن عمليات نقل الحرارة.

في مبادرات الطاقة الخضراء والمتجددة، يلعب استرداد الحرارة المهدرة دوراً حاسماً في تقليل البصمة الكربونية وتعزيز استدامة أنظمة الطاقة. يتماشى هذا النهج مع مبادئ التصنيع الرشيق من خلال تحسين كفاءة الموارد وتقليل تكاليف التشغيل من خلال الإدارة الفعالة للحرارة. علاوة على ذلك، في مشاريع ESG، يوضح دمج مثل هذه التقنيات التزاماً بتقليل التأثير البيئي وتحسين استخدام الموارد، بما يتماشى مع أهداف الاستدامة الأوسع.

استرداد الحرارة – مشاريع ذات صلة

تتمتع TunnelTech بخبرة واسعة في تنفيذ المشاريع التي تتضمن أنظمة التبادل الحراري و HVAC المصممة لاسترداد الحرارة المهدرة باستخدام ريش توجيه مبردة. من خلال دمج هذه الريش في إعدادات التبادل الحراري، المصممة لالتقاط وإعادة استخدام الطاقة الحرارية التي لولا ذلك ستضيع، تمكن TunnelTech من استرداد أكثر فعالية للحرارة المهدرة من مختلف العمليات الصناعية والتجارية. لا يحسن هذا النهج كفاءة الطاقة فحسب، بل يدعم أيضاً أهداف الاستدامة من خلال تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل.

التطبيقات

تخدم ريش التوجيه الخاصة بنا مجموعة واسعة من الصناعات والتطبيقات

أنظمة HVAC

المباني التجاريةتحسين مجاري الهواء؛ كفاءة الطاقة؛ تقليل تكاليف التشغيل؛ تعزيز الصحة والسلامة من خلال إدارة جودة الهواء ودرجة الحرارة بكفاءة؛
المجمعات السكنيةضمان بيئات معيشية مريحة مع جودة وتدفق هواء مثاليين؛ تعزيز الصحة والسلامة؛
مراكز البياناتتحافظ ريش تدفق الهواء للإدارة الحرارية على مستويات حرارة ورطوبة حرجة لأداء الخوادم وطول عمرها الافتراضي؛

أنظمة التهوية في الهندسة المدنية

المستشفيات ومرافق الرعاية الصحيةتوفر ريش التوجيه ذات التشغيل الهادئ تحكماً حيوياً في جودة الهواء لحماية المرضى والموظفين؛ مما يعزز الصحة والسلامة من خلال إدارة جودة الهواء ودرجة الحرارة بكفاءة
المؤسسات التعليميةخلق بيئات تعليمية مواتية من خلال تحسين دوران الهواء

التحكم البيئي

الإلكترونيات، التكنولوجيا الحيوية، تكنولوجيا الأغذية والمرافق عالية التقنية الأخرى / الغرف النظيفةتنظيم درجة الحرارة والرطوبة للإنتاج عالي التقنية والمتطلب؛ تحافظ ريش توجيه تكييف الهواء على معايير تدفق هواء صارمة للتصنيع والبحث
الساحات الرياضيةضمان الراحة والسلامة للرياضيين والمتفرجين على حد سواء

التطبيقات الصناعية والمتخصصة

بناء وصيانة الأنفاقتحسين جودة الهواء والسلامة للعمال في بيئات الأنفاق؛
المرافق الصناعيةتحسين مجاري الهواء؛ كفاءة الطاقة؛ التنمية المستدامة؛ تقليل تكاليف التشغيل؛
المسابك والمرافق ذات الخدمة الشاقةكفاءة الطاقة؛ تقليل تكاليف التشغيل؛ استرداد طاقة الحرارة المهدرة؛ إزالة الكربون والحوكمة البيئية والاجتماعية (ESG)؛ مجاري هواء HVAC للخدمة الشاقة؛ الإدارة الحرارية؛
الهندسة البحريةتعزيز أنظمة التهوية على السفن والغواصات لراحة الطاقم وموثوقية المعدات؛
التعدين والإنشاءات تحت الأرضتوفير تهوية حاسمة لمواقع التعدين والهياكل الأخرى تحت الأرض مما يقلل من مخاطر الظروف الخطرة؛

يستفيد كل من هذه التطبيقات بشكل كبير من التصميم المتقدم والوظائف لريش توجيه TunnelTech، مما يمثل قفزة نوعية في إدارة تدفق الهواء بكفاءة. باختيار ريش توجيه الهواء منخفضة المقاومة من TunnelTech، لا يتوقع العملاء تلبية أهداف أداء نظامهم فحسب، بل تجاوزها أيضاً، كل ذلك مع

  • •تقليل استهلاك الطاقة * بنسبة تصل إلى 30%
  • •تقليل الضوضاء * بنسبة 60%، مقارنة بمجاري الهواء التقليدية.

* – نتائج تجريبية لهندسة نفق الرياح TT45Pro.

للاستفسارات ومزيد من التفاصيل حول كيفية تخصيص ريش التوجيه الخاصة بنا لتناسب احتياجات محددة، يرجى التواصل مع فريقنا. دع TunnelTech تكون شريكك في تحقيق حلول إدارة تدفق الهواء المثلى.

التركيب والصيانة

دليل التركيب
دليل التر�كيب
  • •
    الأبعاد والمواصفات

    تحقق من أبعاد المجرى ومواصفات ريش التوجيه قبل التركيب

  • •
    خيارات التثبيت

    متوفرة بتكوينات التثبيت بالمشابك، والبراغي، واللحام

  • •
    التعامل مع الأحمال

    اتبع إرشادات التعامل مع الأحمال للنقل والتموضع الآمن

  • •
    التركيب خطوة بخطوة

    تعليمات تركيب مفصلة مقدمة مع كل تسليم منتج

نصائح الصيانة
تفاصيل الصيانة
  • •
    جدول الفحص

    فحوصات بصرية منتظمة لضمان محاذاة الريش والسلامة الهيكلية

  • •
    إجراءات التنظيف

    تنظيف دوري لإزالة الغبار والحطام المتراكم على أسطح الريش

  • •
    مراقبة التآكل والاهتراء

    مراقبة علامات التآكل، التعرية، أو التلف الميكانيكي

  • •
    دليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها

    معالجة المشكلات الشائعة مثل الاهتزاز، الضوضاء، أو انخفاض كفاءة تدفق الهواء

الوثائق

ورقة بيانات منتج TTE-TSA

تتوفر المعلومات الفنية حول تجميعات قسم الزاوية لنفق الرياح من TunnelTech ومعلمات ريش التوجيه في ورقة بيانات شاملة لمنتجات TTE-TSA و TTE-TV. تحتوي الوثائق على معلومات حول خيارات التصميم، والمقاومات المحلية لزوايا دوران التدفق الأفقية والعمودية بزاوية 90 درجة، بالإضافة إلى المعلمات الهيدروليكية وانتقال الحرارة لريش التوجيه المبردة.

تنزيل ورقة بيانات TTE-TSA (PDF)

المراجع والمنشورات ذات الصلة

يمكن العثور على معلومات إضافية حول تصميم وتحسين الريش الدوارة لأنفاق الرياح، وشبكات المجاري الصناعية، ومجاري HVAC ومعدات إدارة تدفق الهواء، ومقومات المروحة وما إلى ذلك في الروابط أدناه:

  1. Baals, D.D., and W.R. Corliss. Wind Tunnels of NASA. NASA; SP-440. Scientific and Technical Information Branch, National Aeronautics and Space Administration, 1981. books.google.rs
  2. Barlow, J.B., W.H. Rae, and A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
  3. Pope, A., and K.L. Goin. High Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1965. books.google.rs
  4. Idelchik, I. E. “Handbook of Hydraulic Resistance, Revised and Augmented.” Begell House, 2008. begellhouse.com
  5. Nikuradse, J. 1933. Strömungsgesetz in rauhen Rohren, VDI Forschungshefte 361. (English translation: Laws of flow in rough pipes). Technical report, NACA Technical Memorandum 1292. National Advisory Commission for Aeronautics (1950), Washington, DC. ntrs.nasa.gov
  6. Nikuradse, J. (1931), Strömungswiderstand in rauhen Rohren. Z. angew. Math. Mech., 11: 409-411. doi.org/10.1002/zamm.19310110603
  7. Nikuradse, J. 1932. Laws of turbulent flow in smooth pipes (English translation). NASA TT F-10: 359 (1966).
  8. Nikuradse, J. 1930. Widerstandsgesetz und Geschwindigkeitsverteilung von turbulenten Wasserströmung in glatten und rauhen Rohren, Proc. 3rd Int. Cong. Appl. Mech., Stockholm, 239-248.
  9. Moody, L. F. 1944. Friction factors for pipe flow. Trans. ASME, 66, 671–684. doi.org/10.1115/1.4018140
  10. Colebrook, C. (1939). Turbulent Flow in Pipes, with Particular Reference to the Transition Region between the Smooth and Rough Pipe Laws. Journal of the Institution of Civil Engineers, Volume 11 Issue 4, February 1939, pp. 133-156. doi.org/10.1680/ijoti.1939.13150
  11. Colebrook, C. F. (February 1939). “Turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region between smooth and rough pipe laws”. Journal of the Institution of Civil Engineers. London. Volume 12 Issue 8, October 1939, pp. 393-422. doi:10.1680/ijoti.1939.14509.
  12. McKeon, Beverley J., Chris J. Swanson, Mark V. Zagarola, Russell James Donnelly, and Alexander J. Smits. “Friction Factors for Smooth Pipe Flow.” Journal of Fluid Mechanics 511 (2004): 41–44. doi.org/10.1017/S0022112004009796
  13. Mehta R.D., Bradshaw P. Design rules for small low speed wind tunnels. The Aeronautical Journal. 1979;83(827):443-453. doi.org/10.1017/S0001924000031985
  14. Cattafesta, Louis, Chris Bahr, and Jose Mathew. “Fundamentals of Wind-Tunnel Design.” In Encyclopedia of Aerospace Engineering. John Wiley & Sons, Ltd, 2010. doi.org/10.1002/9780470686652.eae532
  15. Hurtado, J.P.; Villegas, B.; Pérez, S.; Acuña, E. Optimization Study of Guide Vanes for the Intake Fan-Duct Connection Using CFD. Processes 2021, 9, 1555. doi.org/10.3390/pr9091555 mdpi.com
  16. Gelder, T.F., Moore, R.D., Sanz, J.M. and McFarland, E.R. Wind tunnel turning vanes of modern design. 24th Aerospace Science Meeting. NASA Technical Memorandum, AIAA Paper 86-0044. Reno, Nevada, January 1986. semanticscholar.org
  17. Schirf, Collin. “Optimization of Expanding Turning Vanes by Bezier Curve Parameterization,” Master Dissertation, University of Maryland, 2019. doi.org/10.13016/5x1x-gxhz
  18. Almeida, Odenir De, Frederico Carnevalli De Miranda, Olivio Ferreira Neto, and Fernanda Guimarães Saad. “Low Subsonic Wind Tunnel – Design and Construction.” Journal of Aerospace Technology and Management 10 (February 26, 2018). doi.org/10.5028/jatm.v10.716
  19. Modi, P. P., and S. Jayanti. “Pressure Losses and Flow Maldistribution in Ducts with Sharp Bends.” Chemical Engineering Research and Design 82, no. 3 (2004): 321–31. doi.org/10.1205/026387604322870435
  20. Kotb, N. A. E., M. R. Mokhtarzadeh-Dehghan, and A. J. Ward-Smith. “A Numerical Study of Laminar and Turbulent Flows in a Two-dimensional Bend with or without a Guide Vane.” International Journal for Numerical Methods in Engineering 26, no. 1 (January 1988): 245–62. doi.org/10.1002/nme.1620260117
  21. Sahlin, A.; Johansson, A.V. Design of guide vanes for minimizing the pressure loss in sharp bends. Fluids A Fluid Dyn. 1991, 3, 1934–1940.
  22. Crawford, N.M.; Cunningham, G.Y. Prediction of Pressure Drop for Turbulent Fluid Flow in 90° Bends. Sage: London, UK, 2003; pp. 153–155.
  23. Kumar, S.; Nandi, N. Change in Flow Separation and Velocity Distribution Due to Effect of Guide Vane Installed in a 90° Pipe Bend. Mech. Eng. 2017, 21, 353–361.

انظر أيضاً: