Въведение в направляващите лопатки
В сферата на управлението на въздушния поток, дизайнът на ъглите на въздуховодите играе ключова роля за ефективността и функционалността на вентилацията, ОВК системите и аеродинамичните тунели. Когато въздухът е принуден да направи остър завой, както често се изисква във въздуховодите, той среща повишено хидравлично съпротивление, което води до по-високи загуби на налягане и турбулентност. Това не само компрометира ефективността на системата, като изисква повече енергия за поддържане на въздушния поток, но също така влияе върху структурната цялост на въздуховодите поради неравномерното налягане, упражнявано от турбулентните потоци.
Тук се намесват направляващите лопатки, известни също като ъглови лопатки или отклоняващи лопатки (Фиг. 1). Проектирани да бъдат инсталирани в ъглите, ъгловите лопатки на въздуховода позволяват на въздуха да навигира завоя с минимално съпротивление, като ефективно намаляват загубите на налягане и смекчават турбулентността без нужда от допълнителното пространство, което изискват плавните завои с радиус. Това прави направляващите лопатки идеално решение за ефективно управление на въздушния поток в компактно пространство.
Фиг. 1. Възел на ъглова секция с направляващи лопатки на TunnelTech
Високоефективни секции с направляващи лопатки, конкуриращи се с общите ОВК решения.
Традиционното решение за преодоляване на споменатите вредни явления на повишена турбулентност, загуба на налягане и шум в стръмно извит въздуховод е проектирането на радиални колена на въздуховода (Фиг. 2 и Фиг. 4, случай 2). Тези колена, макар и ефективни за известно смекчаване на турбулентността, шума и загубите на налягане (които са често срещани при остър завой, както се вижда на Фиг. 4, случай 1), имат свой собствен набор от проблеми.
Няколко традиционни вентилационни въздуховода със завой, нап равен от плавно извита ламарина с огънати насочители на потока, са представени на Фиг. 2 вляво. Снимката представя няколко примера за стандартни варианти, често използвани в ОВК въздуховоди, напр. съвместими със стандартите за въздуховоди DW144.
Такива решения за въздуховоди са често срещани и рентабилни за малки приложения в гражданското строителство, малкия бизнес и ОВК системи с ниска мощност, където цената на енергията не е съществен фактор. Този дизайн обаче не е добро решение за вентилационни и охладителни системи в среден и голям мащаб и производство на електроенергия с голям капацитет, металургия, турбомашини, топлообменници, рекуперация на отпадна топлина и съвременни приложения за зелена и възобновяема енергия, където хидравличната ефективност и спестяването на енергия са задължителни.
Въпреки това, няма нужда да се изгражда персонализиран нестандартен въздуховод всеки път, когато консумацията на енергия на хидравличната мрежа трябва да бъде оптимизирана до съвършенство. Същата Фигура 2 вдясно показва вариант на диагоналната секция с направляващи лопатки на TunnelTech, която е енергийно ефективна, с нисък шум и ниска турбулентност, като същевременно отговаря на индустриалните стандарти за ОВК системи, но също така може да се използва в широкомащабни и високомощни промишлени случаи на употреба. Пример за голямо съоръжение, където диагоналната секция с направляващи лопатки може лесно да бъде интегрирана, е показан на Фиг. 3.
Фиг. 2. Традиционно средно голямо ОВК коляно с плавна извивка и разделителна лопатка от ламарина, стандарт DW144 (вляво), и високоефективен диагонален възел с направляващи лопатки на TunnelTech за стандартни въздуховоди (вдясно).
Фиг. 3. Голямомащабни ъглови секции за въздуховоди на TunnelTech за аеродинамични тунели, производство на електроенергия и промишлени приложения.
Дизайн на направляващите лопатки за намаляване на пада на налягането, турбулентността и шума
За сравнение на различни дизайни на ъглови секции, падовете на налягането (ΔP) и CFD-симулираните модели на потока са дадени на Фиг. 4 по-долу. Като демонстрационен пример са избрани скорост на входящия въздушен поток от 20 m/s и квадратен въздуховод 2×2 m. Диапазонът на скоростта от 20 m/s е избран за демонстрационни цели, тъй като обикновено професионалните вертикални аеродинамични тунели за индор скайдайвинг работят през повечето време в режими, при които скоростта на потока в ъгловата секция варира между 10 и 30 m/s. CFD изчисленията са извършени за 1 стандартна атмосфера при 20 °C и нулева влажност на въздуха със свиваем газ и адиабатна стена с грапавина 250 µm. Използвана е мрежа от 6 до 10 млн. клетки на домейн. На входната граница са приложени плосък профил на входа и 2% турбулентност. Турбулентността е третирана с помощта на k-ε модел.
Внимание! Моля, имайте предвид, че илюстрациите, показани на Фиг. 4, са конкретни примери, представени единствено с цел илюстриране на принципите на работа и сравняване на няколко вида ъглови секции с лопатки. Тези случаи не могат да се тълкуват като общи за абсолютно всеки случай на употреба. За всяка реална вентилационна система или друга хидравлична мрежа трябва да се вземат предвид специфични хидравлични параметри, размер и форма на въздуховода, грапавина и структурни нередности, нехомогенности на потока и точни физични параметри на газа за всяка изчислителна точка. Можете да поръчате такова изчисление за конкретна система, като се свържете с нас.
Описани са следните варианти на дизайн:
- Ъглова секция без направляващи лопатки.
- Плавно извита ъглова секция (r = ½ от височината на въздуховода) с радиално огънати насочители на потока. Падът на налягането зависи също от броя и геометрията на разделителите на въздуховода. Показан е пример с минимизиран брой оптимално оформени разделителни пластини за въздушния поток.
- Прости радиално извити тънки пластини (с дебелина 10-20 mm).
- Типични неоптимизирани направляващи лопатки на най-близките конкуренти.
- Направляващи лопатки на TunnelTech (TTE-TV) с оптимизиран профил.
Най-значимият проблем на кръгло извитите въздуховоди с малък брой прости огънати пластинчати сепаратори (или изобщо без направляващи лопатки) е моделът на разпределение на налягането и скоростта на изхода на ъгловата секция (Фиг. 4, случай 2, вижте изходното напречно сечение). Този модел показва, че скоростта ще се увеличи от външната към вътрешната стена на всеки поддомейн на потока, което води до неравномерен поток, голяма турбулентност и шум. Колкото по-малък е радиусът на завиване, толкова по-голяма е възможността за отлепяне на потока, изкривяване на полето на налягането и скоростта, нивото на шума и стойността на пада на налягането.
Единственият начин за преодоляване на тези проблеми е голям радиус на кривината на такава ъглова секция и увеличаване на броя на направляващите лопатки за въздушния поток. Тук идва вторият проблем – увеличеното пространство, необходимо за побиране на такива завои, и разходите за материали за няколко радиални разделителя на въздуховода, оразмерени спрямо напречното сечение на въздуховода. В големи системи от въздуховоди, внедряването на плавни завои с радиус може да доведе до неоправдано големи конструкции, правейки този подход непрактичен в много сценарии, особено когато пространството е ограничено. Допълнителното необходимо пространство е показано с пунктирани линии на Фиг. 4, случай 2 по-долу. Човек трябва да увеличи височината и ширината на всеки завой с минимум ½ от размера на въздуховода. За рециркулационните аеродинамични тунели това означава увеличаване на размерите на сградата с няколко метра във всяка посока, което води до по-високи разходи за въздуховоди и по-високи капиталови инвестиции. В допълнение, всеки разделител на потока ще струва колкото стената на въздуховода.
Фиг. 4. Ъглови секции във въздуховодна мрежа - сравнение на дизайна и производителността
Оптималното решение за аеродинамични тунели и промишлена вентилация са ъглови секции с направляващи лопатки с профил на крило, разположени по диагонала, както е показано на Фигура 4, случаи 3-5.
Всички CFD изображения по-горе съответстват на ъглова секция на въздуховод с вход 2x2 m при скорост на въздушния поток 20 m/s, като пример, най-подходящ за случаите на употреба при индор скайдайвинг и дозвукови аеродинамични тунели с ниска скорост.
Фигура 4, случай 3 показва ъглова секция с прости направляващи лопатки, изработени от тънки огънати метални листове. Фиг. 4, случай 4 е най-добрият пример за направляващи лопатки, предлагани от най-близките конкуренти на TunnelTech. И двете имат по-малка дължина на хордата и неоптимизирана форма на аеродинамичния профил, което води до това, което изглежда като остатъчна неравномерност на потока на изхода на секцията, по-голямо аеродинамично съпротивление и шум във въздуховода. Тънките лопатки, изработени от прости огънати метални листове, обикновено надвишават допустимите нива на шум дори при ниска скорост на въздуха, а вариант с дебел и къс профил с ниско съотношение хорда към дебелина също ще има по-малка повърхностна площ, което е нежелателно в приложения, където се използват охлаждани направляващи лопатки за топлообмен.
В долната част на Фигура 4, случай 5 е показан ъгълът на въздуховода, оборудван с високоефективни направляващи лопатки на TunnelTech (за поръчка вижте следния каталожен номер: TTE-TV-90). Както се вижда от напречните сечения, потокът е по-равномерен в случай на правилно профилирани направляващи лопатки, което води до по-малък пад на налягането и ниска турбулентност.
Профилът на налягането/скоростта на изходящия въздух също е много по-добър за ъгловите секции на TunnelTech, оборудвани с лопатки с дълга хорда, отколкото в другите случаи. Това води до ненадминато аеродинамично качество на TunnelTech, както е отразено в многобройни отзиви от професионални скайдайвъри и други клиенти.
Всички обсъдени по-горе данни, включително дължината на хордата и опциите за охлаждане, са налични и в <strong>Таблица 1</strong>.
| Случай / Тип лопатка | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Дължина на хордата (mm) | Охлаждане |
|---|---|---|---|---|
| 1. Без лопатки, остър завой | 114 | 0.47 | — | Не |
| 2. Плавно извита ъглова секция | 41 | 0.17 | > 2000 | Не |
| 3. Прости радиално извити тънки пластини | 80 | 0.33 | 250–500 | Не |
| 4. Направляващи лопатки на най-близките конкуренти | 88 | 0.37 | 280 | Да |
| 5. Оптимизирани направляващи лопатки на TunnelTech | 57 | 0.24 | 500 | Да |
Стойностите на коефициента на хидравлични загуби за диапазона на скоростта до 100 m/s за ъгловата секция на въздуховода с лопатки на TunnelTech и конкурентите, без вариации поради избора на първоначални данни, са дадени на Фиг. 5.
Повече подробности за хидравличните загуби по дължината на въздуховода, местното съпротивление и общия коефициент на хидравлични загуби са дадени по-долу.
Фиг. 5. Сравнение на ъгловата секция на TunnelTech и конкурентите. Коефициент на хидравлични загуби на Дарси-Вайсбах за същата геометрия и начални условия на изчисление.
Смекчаване на турбулентността за надеждни изчисления на хидравличната и структурната безопасност
Фиг. 6. Мащаб на турбулентността в ъгловата секция с лопатки на TunnelTech (m) при 20 m/s
Плавният и предвидим профил на налягането/скоростта е особено важен за приложения, където високата турбулентност или отлепянето на потока са неприемливи, като например експериментални аеродинамични тунели, съоръжения за индор скайдайвинг и приложения с висока мощност. Тези паразитни явления, както и пулсациите на налягането, причинени от отлепяне на потока и едромащабна турбулентност, също са неприемливи в инсталации, които изискват липса на акустично индуцирани вибрации и където не са позволени никакви отклонения на статичното налягане поради изискванията за структурна стабилност на въздуховода. Освен това, тези турбулентни потоци са често срещан източник на шум, което допълнително влошава цялостната производителност на системата и комфорта, предоставян на крайните потребители.
Трябва също да се има предвид, че неравномерностите на потока са склонни да се развиват и засилват допълнително, ако не се използват специални изправители, „пчелни пити“, мрежи за детурбулизация или други устройства за управление на въздушния поток [1-3]. Прецизният газодинамичен анализ изисква да се изчисли съпротивлението на всеки следващ елемент от въздуховода, като се вземе предвид реалният профил на налягането/скоростта на входа, който се генерира в предишния елемент на хидравличната мрежа. За дълги хидравлични мрежи често е невъзможно да се извърши CFD симулация на цялата система поради огромните размери. За такава ситуация се използват приблизителни полуемпирични изчисления, включващи безразмерни числа на флуида и критерии за геометрия [4] или софтуер, базиран на такива методи. Също така, FEA моделирането за определяне на структурната стабилност на въздуховода обикновено се извършва със стабилно поле на статично налягане, приложено към стените на въздуховода. По този начин сериозните неравномерности на потока, развиващи се надолу по веригата, също могат да въведат грешка в критичните за безопасността изследвания на носещите конструкции.
Приблизителните методи обикновено не се занимават с изкривяването на профила на скоростта на входа на елемента от хидравличната мрежа и в най-добрия случай вземат предвид дали профилът е развит или все още не е развит (равномерен), както и параметрите на граничния слой. В аеродинамичните тунели и системите за промишлена вентилация всяко завъртане на потока може да причини неравномерност и силно завихряне на потока, което води до несигурност в изчисленията на хидравличното съпротивление в дълги хидравлични мрежи. Ето защо, когато е възможно, трябва да се избягва появата на големи неравномерности в профила на скоростта.
От Фиг. 6 и от демонстрираното по-горе може да се види, че параметрите на ъгловите секции с направляващи лопатки на TunnelTech са такива, че те не създават допълнителни смущения в потока, но могат да се използват и за потискане на завихрянията и неравномерността надолу по веригата от ъгловата секция. По този начин ъгловата секция с лопатки на TunnelTech може да действа и като ефективен изправител на потока, инсталиран след осовия вентилатор, дифузора на въздуховода, топлообменника, измервателната секция, разклонение или включване във въздуховод, или всеки друг обект, генериращ турбулентност.
Коефициент на местно съпротивление
Характеристиките на местното съпротивление на ъгловата секция могат да бъдат изчислени с помощта на добре известното уравнение на Дарси-Вайсбах:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Където:
- ΔP – общи загуби на налягане (пад на налягането) в Pa;
- ξ – коефициент на местно съпротивление (Дарси-Вайсбах);
- ρ – плътност на флуида (kg/m³);
- V – скорост на флуида във входното напречно сечение (m/s).
Тези параметри, които определят енергийната ефективност на въздуховода, са силно зависими от дизайна на направляващите лопатки.
Според [4] общото съпротивление на сложен хидравличен елемент може да бъде представено като сума от съпротивлението на триене по дължина ξL и местното съпротивление ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
За праволинеен въздуховод съпротивлението по дължина е пропорционално на дължината и обратно пропорционално на хидравличния диаметър, което се изразява с формулата:
ξL = (L / D) · f
където f е коефициентът на триене на Дарси.
В случай на тръби с проста форма (т.е. кръгли, квадратни, шестоъгълни), f може да се изрази чрез нелинейна зависимост само от числото на Рейнолдс – вижте Глава 2 в [4] или https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Коефициентът на триене f за проста кръгла тръба (кръгъл въздуховод) с гладки стени, с развит стабилизиран профил на потока на входа и за турбулентен режим (числа на Рейнолдс Re > 4×103) може да се изчисли по формулата:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
За реални въздуховоди трябва да се вземе предвид и грапавината.
Фиг. 7 по-долу показва графика на коефициента на триене на Дарси спрямо числото на Рейнолдс Re за различна относителна грапавина на стената, публикувана за първи път от Никурадзе в [5-8]. Тази графика е известна още като диаграма на Муди [9] или корелация на Колбрук-Уайт [10-11]. Съвременно изследване за гладки тръби може да се намери в [12].
Тази диаграма показва сложната зависимост на f(Re) за кръгла тръба с различна грапавина. За квадратни и други некръгл и тръби диаграмата ще бъде по-сложна. По този начин трябва да се вземат предвид режимите на потока (число на Рейнолдс), формата на въздуховода и относителната грапавина на стената.
Фиг. 7. Диаграма на Муди (известна още като Никурадзе), показваща коефициента на триене на Дарси-Вайсбах fD, нанесен спрямо числото на Рейнолдс Re за различна относителна грапавина – Оригинална диаграма: S Beck и R Collins, University of Sheffield, Споделено под CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
В случай на реални грапави въздуховоди все още е възможно общото съпротивление да се представи като сума ξSUM = ξL + ξ0 от съпротивлението по дължина и местното съпротивление.
Това представяне на сумата опростява изследването на параметрите на въздуховода, тъй като местното съпротивление ξ0 може да се изчисли за опростена геометрия на елемента – например в периодична формулировка на задачата с по-малка изчислителна област или в 2D версия на задачата. Обърнете внимание на огромния размер на изчислителната област на примерите, показани на Фиг. 4, където секцията има височина 3 и дължина 18 метра, а сходимостта на мрежата започва да се проявява адекватно при размер от над 10 милиона елемента на мрежата. Вариант на формулировката на задачата с периодични или 2D условия за тези случаи би могъл да има с порядък по-малък брой елементи на мрежата, а опростеното изчисление на всяка точка на скоростта за графиката ΔP(v) би отнело само няколко минути или дори секунди, а не часове.
По този начин разделянето на сумата от две съпротивления може значително да опрости изчисленията – може бързо да се определи местното съпротивление ξ0 и след това да се добави съпротивлението по дължина ξL. Последното може бързо да бъде оценено от известни таблици или чрез приблизителни формули, използващи опростени уравнения, базирани на безразмерни числа и параметри на геометрията на въздуховода. За хидравлични елементи и елементи на въздуховодни мрежи с резки промени в посоката на потока (ъглови колена, плавни завои, завои под различни ъгли със и без направляващи лопатки), подобен подход и метод са представени в Глави 6-1 и 6-2 в изчерпателния Справочник по хидравлично съпротивление [4].
Технически спецификации
Изчерпателни технически данни за прецизно инженерство и изчисления на производителността.
Интегрирана технология за охлаждане
Революционизирайки дизайна на тунелите, нашите направляващи лопатки разполагат с интегрирани вътрешни канали за охлаждаща течност – осигуряващи превъзходна ефективност на топлообмена без компромис с качеството на въздушния поток.
- Масивен капацитет за разсейване на топлина, мащабируем от стотици киловати до десетки мегавати.
- Ефективен термичен мениджмънт с нулево отрицателно въздействие върху турбулентността на въздушния поток или качеството на струята.
- Проектирани с шест интегрирани вътрешни охлаждащи канала на лопатка за максимална термична ефективност
- Безпроблемна интеграция със стандартни индустриални инфраструктури за водно охлаждане
Акценти на продукта
Направляващите лопатки за въздушен поток на TunnelTech (продукт TTE-TV) са в челните редици на тази технология, предлагайки несравнима ефективност в управлението на въздушния поток. Нашите продукти са проектирани за широк спектър от приложения, от съоръжения за индор скайдайвинг и ае родинамични тунели до ОВК и вентилационни системи, въплъщавайки най-модерния аеродинамичен дизайн и енергийна ефективност.
Производителност на секцията с направляващи лопатки във въздуховоди
Високоефективните направляващи лопатки за въздушен поток на TunnelTech задават индустриалния стандарт за мощност и аеродинамична ефективност. Нашите енергоспестяващи направляващи лопатки са проектирани да минимизират аеродинамичното триене, осигурявайки плавен въздушен поток и намалявайки консумацията на енергия.
Направляващите лопатки на TunnelTech имат отлични характеристики на местно съпротивление във въздуховода. Параметрите на съпротивлението, изчислени с помощта на уравнението на Дарси-Вайсбах, както е описано по-горе, са представени на следващите фигури (вижте Фиг. 8 по-долу) и в Спецификацията на направляващите лопатки.
Като цяло, за случая, когато размерът на въздуховода е неизвестен, са дадени стойности за идеализиран елемент, включващ периодични странични гранични условия, без да се взема предвид приносът на допълнителното съпротивление на стената по дължината, грапавината и влиянието на други местни параметри. На Фиг. 8 са дадени стойностите за идеализиран ъглов елемент с лопатки на TunnelTech, който е изчислен в приближение на безкрайна периодична последователност от стек с 15 лопатки с периодични гранични условия.
Фиг. 8. Коефициент на местно съпротивление на направляващата лопатка на TunnelTech и съответния пад на налягането.
Ако ОВК или друга хидравлична система се състои от въздуховоди, които като цяло не променят формата на напречното сечение на зоната на потока по пътя на потока, е удобно да се оцени съпротивлението на единица дължина за приблизителни изчисления (което, разбира се, трябва да се оцени за целия диапазон на скоростта):
KL = ξL / L = f / Dh
където Dh е хидравличният диаметър на въздуховода. Стойността на KL е лесно да се определи от справочници, както бе обсъдено по-горе. По този начин, умножавайки това по дължината и добавяйки стойностите на местното съпротивление ξ0, получени от спецификациите или изчислени независимо, е възможно бързо да се оценят общите загуби на налягане в системата.
ξSUM = KL · L + ξ0
Горните илюстративни примери, показани на Фиг. 4, на квадратен въздуховод 2×2 метра с параметрите на газа и грапавината, използвани в изчислението, имат съпротивление на единица дължина от порядъка на K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa. Тази стойност се прилага при оценка на квадратен въздуховод, без да се отчитат завои, лопатки или друго вътрешно оборудване. За пълна дължина от 21 метра, която въздушната маса изминава по въздуховода, ще даде пад на налягането от ~44 Паскала. Добавянето към това на стойността, показана на Фиг. 8 (11 Pa за скорост от 20 m/s, взета съгласно Спецификацията на направляващите лопатки (Таблица A.2.1), дава общо съпротивление от 55 Pa за реална квадратна секция на въздуховод 2×2 с направляващи лопатки в нея. Тази стойност е в добро съгласие със стойността, показана на Фиг. 4, случай 5.
Повече информация за приблизителните начини за изчисляване на съпротивленията на въздуховоди с всякаква форма без използване на CFD методи може лесно да се намери в <a href="#references">[4]</a> или подобна литература.
Внимание! Моля, имайте предвид, че примерите, показани на Фиг. 4, са само частен случай, за да демонстрират работата на направляващите лопатки и не могат да се използват за оценка на произволен въздуховод! Фигура 8 е приложима в по-широк контекст, но трябва да се вземат предвид специфичните параметри на въздуховода на клиента. Всяка конкретна система се нуждае от подробен анализ, който можете да поръчате от TunnelTech. За точно изчисление на хидравличното съпротивление на въздуховода и експертна оценка на консумацията на енергия на вашето вентилационно оборудване или аеродинамичен тунел, моля, свържете се с нас.
Допълнителна информация за услугите и научноизследователската и развойна дейност може да бъде намерена и на страницата Технологии и в раздела Услуги.
Направляващи лопатки за промишлено охлаждане и отопление
Уникални сред направляващите лопатки за промишлени въздуховоди, нашите продукти предлагат възможност за циркулация на охладител с висок дебит, което позволява ефективно охлаждане или нагряване на въздуха, докато преминава през въздуховода. Тази функция отваря нови възможности в термичното регулиране за използването на лопатки за контрол на вътрешния климат и топлообменници с ниско съпротивление, интегрирани във въздуховода, предоставяйки на нашите клиенти гъвкави решения за техните нужди от въздушен поток.
Оценени с помощта на метода за изчисление HTCL (Кое фициент на топлопреминаване на линеен метър), който количествено определя топлинния поток (във ватове) на метър дължина на направляващата лопатка за всеки Келвин логаритмична средна температурна разлика (ΔTLMTD) между външния въздух и охладителя на ъгловата лопатка, нашите направляващи лопатки са проектирани за ефективно разсейване на топлината при различни условия на въздушния поток, гарантирайки стабилна производителност и регулиране на температурата.
Параметрите на коефициента на топлопреминаване за направляващите лопатки с водно охлаждане са представени на Фиг. 9, както за влажен, така и за сух въздух, където ΔP [kPa] представлява разликата в налягането на водата между входните и изходните портове на лопатката (синьо и червено на Фиг. 10).
Фиг. 10. Охладителни канали на направляващите лопатки
Фиг. 9. Коефициент HTCL. Сух (RH=0%) и влажен въздух (RH=90% при 30 °C) при различна разлика в налягането на охладителя (вода) между входните и изходните портове на охладителния канал.
Направляващи лопатки за рекуперация на отпадна топлина
Охлажданите направляващи лопатки с интегрирани топлообменни канали предлагат гъвкаво решение за оползотворяване на отпадна топлина в различни приложения. Когато са интегрирани в топлообменни системи, тези лопатки могат да улавят излишната топлинна енергия, която иначе би била загубена, прехвърляйки я към системи за рекуперация на топлина, като по този начин значително повишават цялостната ефективност на системата.
В практическите приложения тази технология може да се използва в множество области. Например, в промишлените процеси, охлажданите направляващи лопатки могат да възстановят отпадната топлина от отработените газове и да я пренасочат за предварително загряване на входящите флуиди или въздух, като по този начин намаляват консумацията на енергия. В ОВК системите подобни принципи се прилагат чрез устройства като вентилатори с рекуперация на топлина (HRV) и вентилатори с рекуперация на енергия (ERV), които пренасят топлина между потоците отработен и входящ въздух. Този процес минимизира енергията, необходима за отопление или охлаждане на входящия въздух, което води до значителни икономии на енергия.
Освен това, охлажданите направляващи лопатки могат да бъдат интегрирани в системи, използвани в секторите за производство на електроенергия и възобновяема енергия. Например, в системите за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP), отпадната топлина от производството на електроенергия се възстановява и използва за отоплителни цели, подобрявайки цялостната ефективност на системата. В геотермалните енергийни системи тези лопатки могат да помогнат за управлението на топлинната енергия, извлечена от земята, оптимизирайки процесите на топлообмен.
В инициативите за зелена и възобновяема енергия, оползотворяването на отпадната топлина играе критична роля за намаляване на въглеродния отпечатък и повишаване на устойчивостта на енергийните системи. Този подход е в съответствие с принципите на икономичното производство чрез подобряване на ресурсната ефективност и намаляване на оперативните разходи чрез ефективно управление на топлината. Освен това, в ESG проектите, включването на такива технологии демонстрира ангажимент за минимизиране на въздействието върху околната среда и оптимизиране на използването на ресурсите, в съответствие с по-широките цели за устойчивост.
Рекуперация на топлина – Свързани проекти
TunnelTech има богат опит в реализирането на проекти, включващи топлообмен и ОВК системи, предназначени за рекуперация на отпадна топлина с помощта на охлаждани направляващи лопатки. Чрез интегрирането на тези лопатки в топлообменни инсталации, проектирани да улавят и пренасочват топлинна енергия, която иначе би била загубена, TunnelTech позволява по-ефективно възстановяване на отпадната топлина от различни промишлени и търговски процеси. Този подход не само подобрява енергийната ефективност, но и подкрепя целите за устойчивост чрез намаляване на консумацията на енергия и оперативните разходи.
Приложения
Нашите направляващи лопатки обслужват широк спектър от индустрии и приложения
ОВК системи
| Търговски сгради | Оптимизация на въздуховодите; Енергийна ефективност; Намаляване на оперативните разходи; Повишаване на здравето и безопасността чрез ефективно управление на качеството на въздуха и температурата; |
| Жилищни комплекси | Осигуряване на комфортна жизнена среда с оптимално качество и поток на въздуха; Повишаване на здравето и безопасността; |
| Центрове за данни | Направляващите лопатки за термично управление поддържат критичните нива на температура и влажност за производителността и дълготрайността на сървърите; |
Вентилационни системи в гражданското строителство
| Болници и здравни заведения | Направляващите лопатки с тиха работа осигуряват жизненоважен контрол на качеството на въздуха за защита на пациентите и персонала; Повишаване на здравето и безопасността чрез ефективно управление на качеството на в ъздуха и температурата |
| Образователни институции | Създайте благоприятна учебна среда чрез подобрена циркулация на въздуха |
Контрол на околната среда
| Електроника, биотехнологии, хранителни технологии и други високотехнологични съоръжения / Чисти стаи | Регулиране на температурата и влажността за високотехнологични и взискателни производства; Направляващите лопатки за климатизация поддържат строги стандарти за въздушния поток в производството и научните изследвания |
| Спортни арени | Осигуряване на комфорт и безопасност както за спортистите, така и за зрителите |
Промишлени и специализирани приложения
| Строителство и поддръжка на тунели | Подобряване на качеството на въздуха и безопасността на работниците в тунелни среди; |
| Промишлени съоръжения | Оптимизация на въздуховодите; Енергийна ефективност; Устойчиво развитие; Намаляване на оперативните разходи; |
| Леярни и тежкопромишлени съоръжения | Енергийна ефективност; Намаляване на оперативните разходи; Рекуперация на отпадна топлина; Декарбонизация и ESG; Индустриални ОВК въздуховоди; Термично управление; |
| Морско инженерство | Подобряване на вентилационните системи на кораби и подводници за комфорт на екипажа и надеждност на оборудването; |
| Минно дело и подземно строителство | Осигуряване на решаваща вентилация за минни обекти и други подземни съоръжения, намалявайки риска от опасни условия; |
Всяко от тези приложения се възползва значително от усъвършенствания дизайн и функционалност на направляващите лопатки на TunnelTech, отбелязвайки скок напред в ефективното управление на въздушния поток. Избирайки направляващите лопатки с ниско съпротивление на TunnelTech, клиентите могат да очакват не само да постигнат, но и да надминат целите за производителност на своята система, като същевременно
- •намаляване на консумацията на енергия * с до 30%
- •намаляване на шума * с 60%, в сравнение с конвенционалните въздуховоди.
* – експериментални резултати за геометрията на аеродинамичния тунел TT45 PRO.
За запитвания и повече подробности относно това как нашите направляващи лопатки могат да бъдат съобразени със специфични нужди, моля, свържете се с нашия екип. Нека TunnelTech бъде вашият партнь ор в постигането на оптимални решения за управление на въздушния поток.
Монтаж и поддръжка
- •Размери и спецификации
Проверете размерите на въздуховода и спецификациите на направляващите лопатки преди монтажа
- •Опции за монтаж
Предлагат се в конфигурации със скоби, болтове и заваряване
- •Работа с товари
Следвайте указанията за работа с товари за безопасно транспортиране и позиционир ане
- •Монтаж стъпка по стъпка
Подробни инструкции за монтаж, предоставени с всяка доставка на продукт
- •График за инспекции
Редовни визуални проверки за осигуряване на подравняването на лопатките и структурната цялост
- •Процедури за почистване
Периодично почистване за отстраняване на натрупването на прах и отломки по повърхностите на лопатките
- •Мониторинг на износването
Следете за признаци на ко розия, ерозия или механични повреди
- •Ръководство за отстраняване на неизправности
Справяне с често срещани проблеми като вибрации, шум или намалена ефективност на въздушния поток
Документация
Техническа информация за възлите на ъгловите секции на аеродинамичните тунели на TunnelTech и параметрите на направляващите лопатки е налична в изчерпателна спецификация за продуктите TTE-TSA и TTE-TV. Документацията съдържа информация за опциите за дизайн, местнит е съпротивления за хоризонтални и вертикални 90-градусови ъгли за завъртане на потока, както и хидравлични и топлообменни параметри за охлаждани направляващи лопатки.
Изтеглете спецификацията на TTE-TSA (PDF)Референции и свързани публикации
Допълнителна информация относно дизайна и оптимизацията на направляващи лопатки за аеродинамични тунели, промишлени въздуховоди, ОВК въздуховоди и оборудване за управление на въздушния поток, изправители за вентилатори и др. може да бъде намерена на връзките по-долу:
- 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
- Barlow, J.B., W.H. Rae, and A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
- Pope, A., and K.L. Goin. High Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1965. books.google.rs
- Idelchik, I. E. “Handbook of Hydraulic Resistance, Revised and Augmented.” Begell House, 2008. begellhouse.com
- 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
- Nikuradse, J. (1931), Strömungswiderstand in rauhen Rohren. Z. angew. Math. Mech., 11: 409-411. doi.org/10.1002/zamm.19310110603
- Nikuradse, J. 1932. Laws of turbulent flow in smooth pipes (English translation). NASA TT F-10: 359 (1966).
- Nikuradse, J. 1930. Widerstandsgesetz und Geschwindigkeitsverteilung von turbulenten Wasserströmung in glatten und rauhen Rohren, Proc. 3rd Int. Cong. Appl. Mech., Stockholm, 239-248.
- Moody, L. F. 1944. Friction factors for pipe flow. Trans. ASME, 66, 671–684. doi.org/10.1115/1.4018140
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Schirf, Collin. “Optimization of Expanding Turning Vanes by Bezier Curve Parameterization,” Master Dissertation, University of Maryland, 2019. doi.org/10.13016/5x1x-gxhz
- 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
- 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
- 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
- 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.
- Crawford, N.M.; Cunningham, G.Y. Prediction of Pressure Drop for Turbulent Fluid Flow in 90° Bends. Sage: London, UK, 2003; pp. 153–155.
- 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.
Вижте също:
- Диаграма на Муди: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Дарси-Вайсбах: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Коефициент на триене: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Загуба от триене: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss