Leistung und Optimierung von Luftkanal-Wendungen

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Einführung in Wendeschaufeln

Im Bereich des Luftstrommanagements spielt das Design von Kanalecken eine entscheidende Rolle für die Effizienz und Funktionalität von Belüftungs-, HLK-Systemen und Windtunneln. Wenn die Luft gezwungen ist, eine scharfe Kurve zu machen, wie es in Kanalsystemen häufig erforderlich ist, trifft sie auf erhöhten hydraulischen Widerstand, was zu höheren Druckverlusten und Turbulenzen führt. Dies beeinträchtigt nicht nur die Effizienz des Systems, da mehr Energie erforderlich ist, um den Luftstrom aufrechtzuerhalten, sondern wirkt sich auch auf die strukturelle Integrität des Kanalsystems aus, da die durch turbulente Strömungen ausgeübten ungleichmäßigen Drücke die Konstruktion belasten.

Hier kommen Wendeschaufeln, auch bekannt als Eckschaufeln oder Leitschaufeln, ins Spiel (Abb. 1). Kanaleckenschaufeln, die in den Ecken installiert werden, ermöglichen es der Luft, die Kurve mit minimalem Widerstand zu passieren, wodurch Druckverluste effektiv reduziert und Turbulenzen gemindert werden – ohne dass der zusätzliche Platz erforderlich ist, den sanfte Radiuskrümmungen benötigen würden. Dadurch sind Wendeschaufeln eine ideale Lösung für ein effizientes Luftstrommanagement in kompakten Räumen.

Hochleistungs-Leitschaufelsektionen im Wettbewerb mit allgemeinen HVAC-Lösungen.

Die traditionelle Lösung, um den genannten schädlichen Phänomenen erhöhter Turbulenzen, Druckverluste und Lärmentwicklung in einem stark gekrümmten Kanal zu begegnen, besteht darin, radiale Kanalbögen zu entwerfen (Abb. 2 und Abb. 4, Fall 2). Diese Bögen verringern zwar in gewissem Maße Turbulenzen, Lärm und Druckverluste (die bei einer scharfen Kurve, wie in Abb. 4, Fall 1, häufig auftreten), bringen jedoch ihre eigenen Probleme mit sich.

Mehrere traditionelle Belüftungskanalsysteme mit einer Kurve aus sanft gebogenem Blech und gebogenen Strömungslenkern sind in Abb. 2 links dargestellt. Das Bild zeigt einige Beispiele für Standardvarianten, die häufig in HLK-Kanälen verwendet werden, z. B. gemäß den DW144-Kanalnormen.

Solche Kanallösungen sind in kleinen Anwendungen im Bauwesen, bei kleinen Unternehmen und in Niedrigleistungssystemen für HLK-Anwendungen, bei denen die Energiekosten kein wesentlicher Faktor sind, üblich und kostengünstig. Dieses Design ist jedoch keine gute Lösung für Lüftungs- und Kühlsysteme in mittleren und großen sowie hochkapazitiven Anwendungen in der Energieerzeugung, Metallurgie, Turbomaschinen, Wärmetauschern, Abwärmerückgewinnung und modernen, grünen und erneuerbaren Energieanwendungen, bei denen hydraulische Effizienz und Energieeinsparungen unverzichtbar sind.

Es ist jedoch nicht erforderlich, jedes Mal einen maßgeschneiderten, nicht standardmäßigen Kanal zu bauen, wenn der Energieverbrauch eines hydraulischen Netzwerks optimiert werden soll. Abbildung 2 rechts zeigt eine Variante des diagonalen Leitflächensegments von Tunnel Tech, das energieeffizient, geräuscharm und wenig turbulent ist, die Industriestandards für HLK-Systeme erfüllt und auch für großtechnische und Hochleistungsanwendungen im industriellen Bereich verwendet werden kann. Ein Beispiel für eine großtechnische Anlage, in die das diagonale Wendeleitflächensegment leicht integriert werden kann, ist in Abb. 3 zu sehen.

Kernprinzipien & Effizienz

Wendeschaufeldesign zur Verringerung von Druckabfall, Turbulenzen und Lärmemissionen.

Zum Vergleich verschiedener Biegedesigns werden die Druckverluste (ΔP) und die durch CFD simulierten Strömungsmuster in der Abb. 4 unten gezeigt. Als Demonstrationsbeispiel wurden eine Einlassströmungsgeschwindigkeit von 20 m/s und ein quadratischer Kanal mit 2×2 m Querschnitt gewählt. Der Geschwindigkeitsbereich von 20 m/s wurde zu Demonstrationszwecken gewählt, da professionelle vertikale Windtunnel für Indoor-Skydiving in der Regel die meiste Zeit in Modi betrieben werden, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit im Biegebereich zwischen 10 und 30 m/s variiert. CFD-Berechnungen wurden bei 1 Standardatmosphäre, 20 °C und null Luftfeuchtigkeit mit kompressiblem Gas und einer adiabatischen Wand mit einer Rauigkeit von 250 µm durchgeführt. Es wurde ein Netz mit 6 bis 10 Millionen Zellen pro Bereich verwendet. Am Einlass wurde ein flaches Einlassprofil und eine Turbulenz von 2 % angenommen. Die Turbulenz wurde mit dem k-ε-Modell behandelt.

NB!
Bitte beachten Sie, dass die in Abb. 4 gezeigten Abbildungen spezielle Beispiele sind, die ausschließlich zur Veranschaulichung der Funktionsprinzipien und zum Vergleich einiger Arten von Drehkurelementen präsentiert werden.

Diese Fälle können nicht als allgemein für alle Anwendungsfälle ausgelegt werden.
Für jedes reale Belüftungssystem oder andere hydraulische Netzwerk müssen spezifische hydraulische Parameter, Kanalgröße und -form, Rauheit und strukturelle Unregelmäßigkeiten, Strömungsinhomogenitäten sowie exakte physikalische Gasparameter für jeden Berechnungspunkt berücksichtigt werden.
Sie können eine solche Berechnung für ein spezifisches System bei uns anfragen.

Die folgenden Designfälle werden beschrieben:

Eckabschnitt ohne Leitwenden.
Sanft gebogener Eckabschnitt (r = ½ der Kanalthöhe) mit radial gebogenen Strömungslenkern. Der Druckverlust hängt auch von der Anzahl und der Geometrie der Kanalabstandshalter ab. Ein Beispiel mit minimaler Anzahl optimierter Luftströmungsteilerplatten wird gezeigt.
Einfache radial gebogene dünne Platten (10-20 mm dick).
Typische, nicht optimierte Wendeschaufeln der engsten Wettbewerber.
Tunnel Techs optimierte Wendeschaufeln (TTE-TV) mit einem optimierten Profil.

Das größte Problem bei runden, gebogenen Kanälen mit wenigen einfachen gebogenen Platten als Separatoren (oder ganz ohne Leitwenden) ist das Druck- und Geschwindigkeitsverteilungsmuster am Ausgang des Wendeabschnitts (Abb. 4, Fall 2, siehe den Auslassquerschnitt). Dieses Muster zeigt, dass die Geschwindigkeit von der Außenwand zur Innenwand jeder Strömungsunterteilung zunimmt, was zu einer ungleichmäßigen Strömung, großer Turbulenz und Lärmentwicklung führt. Je kleiner der Biegeradius, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Strömungsablösung, Verzerrung des Druck- und Geschwindigkeitsfelds, Lärmpegel und Druckverlust.

Der einzige Weg, diese Probleme zu überwinden, ist ein großer Krümmungsradius eines solchen Eckabschnitts und eine Erhöhung der Anzahl an Luftleitwenden. Hier tritt jedoch das zweite Problem auf – der erhöhte Platzbedarf, um solche Biegungen unterzubringen, sowie die Materialkosten für mehrere radiale Kanalabstandshalter, die auf die Querschnittsfläche des Kanals abgestimmt sind. In großen Kanalsystemen kann die Implementierung von sanft gebogenen Bögen zu unverhältnismäßig großen Strukturen führen, was diesen Ansatz in vielen Szenarien unpraktisch macht, insbesondere dort, wo Platz knapp ist. Der zusätzliche Platzbedarf wird durch die gestrichelten Linien in Abb. 4, Fall 2 unten angezeigt. Die Höhe und Breite jeder Biegung muss um mindestens die Hälfte der Kanalgröße erhöht werden. Für rezirkulierende Windtunnel bedeutet dies eine Vergrößerung der Gebäudedimensionen um mehrere Meter in jede Richtung, was zu höheren Kanalkosten und höheren Investitionen führt. Zudem kostet jeder Strömungsteiler genauso viel wie die Kanalwand.

Die optimale Lösung für Windtunnel und industrielle Belüftung sind drehbare Leitwenden mit einem Flügelprofil, die diagonal angeordnet sind, wie in Abb. 4, Fälle 3-5 dargestellt.

Alle oben gezeigten CFD-Bilder beziehen sich auf den Eckabschnitt eines Luftkanals mit 2x2m Einlass und einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 20 m/s. Dies ist ein Beispiel, das am relevantesten für Indoor-Skydiving und Anwendungen in langsam laufenden, unterschalligen Windtunneln ist.

Abbildung 4, Fall 3 zeigt einen Eckabschnitt mit einfachen Leitwenden aus dünnen, gebogenen Metallplatten. Abb. 4, Fall 4 ist das beste Beispiel für drehbare Leitwenden, die von den engsten Wettbewerbern von Tunnel Tech angeboten werden. Beide haben eine geringere Sehnenlänge und ein nicht optimiertes Profil, was zu einer Restströmungsungleichmäßigkeit am Abschnittsausgang, höherem aerodynamischem Widerstand und Luftkanallärm führt. Dünne Leitwenden aus einfachen, gebogenen Metallplatten überschreiten in der Regel auch bei niedriger Luftgeschwindigkeit die zulässigen Lärmpegel, und eine Variante mit einem dicken und kurzen Profil mit geringem Sehnen-Dicken-Verhältnis hat auch eine kleinere Oberfläche, was bei Anwendungen mit gekühlten Leitwenden zur Wärmeübertragung unerwünscht ist.

Im unteren Teil von Abb. 4, Fall 5 ist der Luftkanaleckabschnitt mit hochleistungsfähigen Tunnel Tech-Wendeschaufeln (Bestellnummer: TTE-TV-90) dargestellt. Wie aus den Querschnitten ersichtlich, ist die Strömung im Fall korrekt profilierter Leitwenden gleichmäßiger, was zu weniger Druckverlust und niedriger Turbulenz führt.

Das Druck-/Geschwindigkeitsprofil der Auslassluft ist ebenfalls viel besser für die Eckabschnitte von Tunnel Tech, die mit langen Leitwenden ausgestattet sind, als in anderen Fällen. Dies führt zu einer unvergleichlichen aerodynamischen Qualität von Tunnel Tech, die sich in zahlreichen Bewertungen von professionellen Fallschirmspringern und anderen Kunden widerspiegelt.

Alle oben besprochenen Daten, einschließlich der Sehnenlänge und Kühloptionen, sind auch in Tabelle 1 verfügbar.

Tabelle 1. Vergleichende Parameter für die Fälle 1–5 aus Abbildung 4.
Alle oben besprochenen Daten, einschließlich der Sehnenlänge und Kühloptionen, sind auch in Tabelle 1 verfügbar.	ΔP (Pa) (*)	ξ (*)	Sehnenlänge (mm)	Kühlung
1. Keine Schaufeln, scharfe Kurve	ΔP = 114	ξ = 0.47	–	Keine Kühlung
2. Sanft gebogener Eckabschnitt	ΔP = 41	ξ = 0.17	> 2000	Keine Kühlung
3. Einfach radial gebogene dünne Platten	ΔP = 80	ξ = 0.33	250 – 500	Keine Kühlung
4. Wendeschaufeln der engsten Wettbewerber, kleine Sehnenlänge	ΔP = 88	ξ = 0.37	280	JA
5. Optimierte Wendeschaufeln von Tunnel Tech, mit großer Sehnenlänge	ΔP = 57	ξ = 0.24	500	JA

(*) Die Werte sind nur für das gezeigte Beispiel bei 20 m/s, einschließlich eines 18 m langen Kanals, gültig. Für Demonstrationszwecke.

Die Werte des hydraulischen Verlustkoeffizienten für den Geschwindigkeitsbereich bis zu 100 m/s für den Kanalbiegebereich mit TunnelTech- und Konkurrenz-Leitschaufeln, ohne Schwankungen aufgrund der Wahl der Ausgangsdaten, sind in Abb. 5 dargestellt.

Weitere Details zu hydraulischen Verlusten entlang der Kanallänge, lokalen Widerständen und dem gesamten hydraulischen Verlustkoeffizienten werden nachfolgend aufgeführt.

Reduzierung von Turbulenzen für zuverlässige hydraulische und strukturelle Sicherheitsberechnungen

Ein gleichmäßiges und vorhersehbares Druck-/Geschwindigkeitsprofil ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen hohe Turbulenzen oder Strömungsablösungen nicht akzeptabel sind, wie z. B. in experimentellen Windkanälen, Indoor-Skydiving-Anlagen und Hochleistungsanwendungen. Diese parasitären Phänomene sowie durch Strömungsablösungen und großskalige Turbulenzen verursachte Druckpulsationen sind auch in Installationen unzulässig, die frei von akustisch induzierten Vibrationen sein müssen und bei denen statische Druckabweichungen aufgrund der Anforderungen an die strukturelle Stabilität der Luftkanäle nicht erlaubt sind. Darüber hinaus sind diese turbulenten Strömungen eine häufige Lärmquelle, was die Gesamtleistung des Systems und den Komfort für die Endnutzer weiter beeinträchtigt.

Es sollte auch bedacht werden, dass sich Strömungsunregelmäßigkeiten weiterentwickeln und verstärken können, wenn keine speziellen Glättungsstrukturen, Waben, Entturbulisationsnetze oder andere Vorrichtungen zur Steuerung der Luftströmung eingesetzt werden [1-3]. Eine präzise gasdynamische Analyse erfordert die Berechnung des Widerstands jedes nachfolgenden Luftkanalelements unter Berücksichtigung des tatsächlichen Einlass-Druck-/Geschwindigkeitsprofils, das im vorhergehenden Element des Hydrauliknetzes erzeugt wird. Bei langen Hydrauliknetzen ist es oft unmöglich, eine CFD-Simulation des gesamten Systems aufgrund der enormen Dimensionen durchzuführen. In solchen Fällen werden approximative semi-empirische Berechnungen unter Verwendung dimensionsloser Fluidkennzahlen und geometrischer Kriterien [4] oder auf diesen Methoden basierende Software verwendet. Außerdem wird üblicherweise eine FEA-Modellierung zur Bestimmung der strukturellen Stabilität der Kanäle mit einem stabilen statischen Druckfeld, das auf die Kanalwände wirkt, durchgeführt. Starke Strömungsunregelmäßigkeiten, die sich stromabwärts entwickeln, können somit auch Fehler in sicherheitskritischen Untersuchungen von tragenden Strukturen verursachen.

Approximative Methoden berücksichtigen üblicherweise nicht die Verzerrung des Geschwindigkeitsprofils am Einlass des Hydrauliknetzelements und bestenfalls, ob das Profil entwickelt oder gleichmäßig ist, sowie die Parameter der Grenzschicht. In Windkanälen und industriellen Lüftungssystemen kann jede Strömungsumlenkung eine solche Ungleichmäßigkeit hervorrufen und einen starken Strömungswirbel erzeugen, was zu Unsicherheiten bei der Berechnung des hydraulischen Widerstands in solchen langen Hydrauliknetzen führt. Daher ist es wichtig, darauf zu achten, dass die Bildung großer Unregelmäßigkeiten im Geschwindigkeitsprofil möglichst vermieden wird.

Wie in Abb. 6 zu sehen ist und aus den oben dargestellten Ergebnissen, zeigen die Parameter der Bogenelemente mit TunnelTech Wendeschaufeln, dass diese keine zusätzlichen Strömungsstörungen erzeugen, sondern auch dazu verwendet werden können, Wirbel und Unregelmäßigkeiten stromabwärts des Bogenelements zu dämpfen. Somit kann das Drehteil mit TunnelTech Wendeschaufeln auch als effektiver Strömungsbegradiger wirken und wird nach dem Axiallüfter, dem Kanal-Diffusor, dem Wärmetauscher, dem Testabschnitt, der Abzweigung oder dem Abzapfen in ein Rohr oder jedem anderen turbulenzgenerierenden Objekt installiert.

Lokaler Widerstandsbeiwert

Die lokalen Widerstandseigenschaften von Ecken können unter Verwendung der bekannten Darcy-Weisbach-Gleichung berechnet werden:

[math] \Delta P = \xi\cdot\rho\cdot\frac{v^2}{2} [/math]

Wobei:
ΔP – Gesamtdruckverluste (Druckabfall) in Pa;
ξ – örtlicher Widerstandskoeffizient (Darcy-Weissbach-Koeffizient);
ρ – Fluiddichte (kg/m³);
V – Fluidgeschwindigkeit am Einlassquerschnitt (m/s).

Diese Parameter, die die Energieeffizienz des Luftkanals bestimmen, hängen stark vom Design der Wendeschaufeln ab.

Gemäß [4] kann der Gesamtwiderstand eines komplexen hydraulischen Elements als Summe aus dem Längenreibungswiderstand ξ_L und dem lokalen Widerstand ξ₀ dargestellt werden:

[math] \xi_{SUM} = \xi_{L} + \xi_{0} [/math]

Für einen geradlinigen Luftkanal ist der Längenwiderstand proportional zur Länge und umgekehrt proportional zum hydraulischen Durchmesser, was durch die Formel ausgedrückt wird:

[math] \xi_{L} = \frac{L}{D} \cdot f [/math]

wobei f der Darcy-Reibungsfaktor ist.

Bei Rohren mit einfacher Form (d. h. kreisförmig, quadratisch, hexagonal) kann f durch eine nichtlineare Abhängigkeit ausschließlich von der Reynolds-Zahl ausgedrückt werden – siehe Kapitel 2 in [4] oder https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach-Gleichung.

Der Reibungsfaktor f für ein einfaches rundes Rohr (kreisförmiger Kanal) mit glatten Wänden, einem entwickelten stabilisierten Strömungsprofil am Einlass und für das turbulente Regime (Reynolds-Zahlen Re > 4*10³) kann durch die folgende Formel berechnet werden:

[math] {\displaystyle f = {\textstyle \frac{1}{(1.81 \, \cdot \, lg( \textit{Re} ) – 1.64)^2 } } }[/math]

Bei realen Kanälen muss auch die Rauheit berücksichtigt werden.

Abb. 7 unten zeigt ein Diagramm des Darcy-Reibungsfaktors in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl Re für verschiedene relative Wandrauheiten, erstmals veröffentlicht von Nikuradse in [5-8]. Dieses Diagramm ist auch als Moody-Diagramm [9] oder Colebrook-White-Korrelation [10-11] bekannt. Eine moderne Studie für glatte Rohre findet sich in [12].

Dieses Diagramm zeigt die komplexe Abhängigkeit von f(Re) für ein rundes Rohr mit unterschiedlichen Rauhigkeiten. Für quadratische und andere nicht-kreisförmige Rohre wird das Diagramm komplexer sein. Daher müssen Strömungsregime (Reynolds-Zahl), Kanalform und relative Wandrauheit berücksichtigt werden.

Im Fall von realen rauen Kanälen ist es dennoch möglich, den Gesamtwiderstand als Summe ξ_SUM = ξ_L + ξ₀ des Längenwiderstands und des lokalen Widerstands darzustellen.

Diese Darstellung der Summe vereinfacht die Untersuchung der Kanalparameter, da der lokale Widerstand ξ₀ für eine vereinfachte Elementgeometrie berechnet werden kann – zum Beispiel in einer periodischen Formulierung des Problems mit einem kleineren Berechnungsbereich oder in einer 2D-Version des Problems. Beachten Sie die enorme Größe des Berechnungsbereichs in den in Abb. 4 gezeigten Beispielen, bei denen der Abschnitt eine Höhe von 3 und eine Länge von 18 Metern aufweist und die Gitterkonvergenz bei einer Größe von mehr als 10 Millionen Netzerelementen zu erscheinen beginnt. Eine Variante der Problemformulierung mit periodischen oder 2D-Bedingungen könnte in diesen Fällen eine um Größenordnungen kleinere Anzahl von Netzerelementen aufweisen, und die vereinfachte Berechnung jedes Geschwindigkeitspunkts für das ΔP(v)-Diagramm würde nur wenige Minuten oder sogar Sekunden statt Stunden dauern.

Die Aufteilung in die Summe aus zwei Widerständen kann die Berechnungen somit erheblich vereinfachen – der lokale Widerstand ξ₀ kann schnell bestimmt werden und dann kann der Längenwiderstand ξ_L hinzugefügt werden. Letzterer kann schnell anhand bekannter Tabellen oder durch Näherungsformeln unter Verwendung vereinfachter Gleichungen auf der Grundlage von dimensionslosen Zahlen und Geometrieparametern des Luftkanals geschätzt werden. Für hydraulische und Kanalnetz-Elemente mit abrupten Richtungsänderungen des Strömungsflusses (angewinkelte Krümmungen, sanfte Biegungen, Biegungen in verschiedenen Winkeln mit und ohne Leitflächen) wird ein ähnlicher Ansatz und eine Methode in den Kapiteln 6-1 und 6-2 des umfassenden Handbuchs des hydraulischen Widerstands [4] vorgestellt.

Produkt-Highlights

Die Luftleitwenden von Tunnel Tech (TTE-TV Produkt) stehen an der Spitze dieser Technologie und bieten unvergleichliche Effizienz im Luftstrommanagement. Unsere Produkte sind für eine breite Palette von Anwendungen konzipiert, von Indoor-Skydiving-Anlagen und Windtunneln bis hin zu HLK- und Belüftungssystemen, und verkörpern den neuesten Stand der aerodynamischen Gestaltung und Energieeffizienz.

Leistung von Wendeschaufelsektionen in Luftkanälen

Die Hochleistungs-Luftleitflächen von Tunnel Tech setzen den Industriestandard für Leistung und aerodynamische Effizienz. Unsere energiesparenden Wendeschaufeln sind darauf ausgelegt, den aerodynamischen Widerstand zu minimieren, was einen reibungslosen Luftstrom und eine Reduzierung des Energieverbrauchs gewährleistet.

Die Wendeschaufeln von Tunnel Tech weisen hervorragende lokale Widerstandseigenschaften für Luftkanäle auf. Die Widerstandsparameter, die mit der Darcy-Weisbach-Gleichung wie oben beschrieben berechnet wurden, sind in den folgenden Abbildungen (siehe Abb. 8 unten) und im Turning Vane Datenblatt dargestellt.

Im Allgemeinen werden für den Fall, dass die Kanalgröße unbekannt ist, Werte für ein idealisiertes Element mit periodischen seitlichen Randbedingungen angegeben, ohne den Beitrag des zusätzlichen Wandwiderstands entlang der Länge, der Rauheit und des Einflusses anderer lokaler Parameter zu berücksichtigen. In Abb. 8 sind die Werte für ein idealisiertes Drehkurelement mit Tunnel Tech-Leitflächen dargestellt, das in der Näherung einer unendlichen periodischen Sequenz von 15 Schaufelstapeln mit periodischen Randbedingungen berechnet wurde.

Wenn das HLK- oder ein anderes hydraulisches System aus Kanälen besteht, deren Querschnittsform des Strömungsbereichs entlang des Strömungswegs im Allgemeinen nicht verändert wird, ist es für grobe Berechnungen zweckmäßig, den spezifischen Widerstand pro Längeneinheit zu schätzen (für den gesamten Geschwindigkeitsbereich zu schätzen):

[math] K_{L} = {\displaystyle \frac{\xi_L}{L} } = {\displaystyle \frac{ \textbf{ f } }{D_h} }[/math],

wobei D_h der hydraulische Durchmesser des Kanals ist.

Der Wert von K_L lässt sich leicht aus Nachschlagewerken ermitteln, wie oben erläutert. Durch die Multiplikation dieses Wertes mit der Länge und das Hinzufügen von lokalen Widerstandswerten ξ₀, die aus Datenblättern entnommen oder unabhängig berechnet werden, lässt sich der gesamte Druckverlust im System schnell abschätzen.

[math] \xi_{SUM} = K_L \cdot L + \xi_0 [/math],

Die obigen Beispiele, die in Abb. 4 für einen 2×2 Meter großen quadratischen Kanal mit den in der Berechnung verwendeten Gasparametern und Rauheitswerten gezeigt sind, haben einen spezifischen Widerstand pro Längeneinheit in der Größenordnung von K_L = ξ_L/ L ~ 2,1 Pa. Dieser Wert gilt, wenn man einen quadratischen Kanal ohne Berücksichtigung von Biegungen, Leitflächen oder anderer interner Ausrüstung bewertet. Für eine Gesamtlänge von 21 Metern, die die Luftmasse durch den Kanal zurücklegt, ergibt sich ein Druckabfall von etwa 44 Pascal. Hinzu kommt der in Abb. 8 gezeigte Wert (11 Pa für eine Geschwindigkeit von 20 m/s gemäß dem Turning Vane Datenblatt (Tabelle A.2.1), was einen Gesamtwiderstand von 55 Pa für einen realen 2×2-Kanalabschnitt mit eingebauten Drehleitflächen ergibt. Dieser Wert stimmt gut mit dem in Abb. 4, Fall 5 gezeigten Wert überein.

Weitere Informationen zu Näherungsverfahren zur Berechnung von Kanalwiderständen jeder Form ohne den Einsatz von CFD-Methoden finden sich leicht in [4] oder ähnlicher Fachliteratur.

NB! Bitte beachten Sie, dass die in Abb. 4 gezeigten Beispiele nur ein spezieller Fall zur Demonstration der Funktionsweise der Drehleitflächen sind und nicht zur Bewertung eines beliebigen Kanals verwendet werden können! Abbildung 8 ist jedoch in einem breiteren Kontext anwendbar, wobei die spezifischen Parameter des Kanals des Kunden berücksichtigt werden müssen. Jedes spezifische System erfordert eine detaillierte Analyse, die Sie bei Tunnel Tech in Auftrag geben können. Für eine genaue Berechnung des hydraulischen Widerstands des Kanals und eine fachmännische Einschätzung des Energieverbrauchs Ihrer Lüftungs- oder Windkanalausrüstung können Sie sich gerne an uns wenden.

Weitere Informationen zu Dienstleistungen und F&E finden Sie auch auf der Seite Dienstleistungen.

Wendeschaufel für industrielle Kühl- und Heizsysteme

Einzigartig unter den Leitflächen für industrielle Luftkanäle bieten unsere Produkte die Möglichkeit, Kühlmittel mit hoher Durchflussrate zu zirkulieren, was eine effiziente Kühlung oder Erwärmung der Luft beim Durchströmen des Kanals ermöglicht. Dieses Merkmal eröffnet neue Möglichkeiten in der thermischen Regelung für den Einsatz von Leitflächen zur Klimakontrolle im Innenbereich und für wärmetauscherintegrierte Luftkanäle mit geringem Widerstand und bietet unseren Kunden vielseitige Lösungen für ihre Anforderungen an die Luftströmung.

Unsere Leitflächen werden unter Anwendung der HTC_L-Berechnungsmethode (Wärmeübergangskoeffizient pro Meter) bewertet, die den Wärmestrom (in Watt) pro Meter Länge der Leitfläche für jedes Kelvin des logarithmischen mittleren Temperaturunterschieds (ΔT_LMTD) zwischen der Außenluft und dem Kühlmittel in der Eckleitfläche quantifiziert. Unsere Leitflächen sind für eine effektive Wärmeabfuhr unter verschiedenen Luftstrombedingungen ausgelegt und gewährleisten eine stabile Leistung und Temperaturregelung.

Die Parameter des Wärmeübergangskoeffizienten für die wassergekühlten Wendeschaufeln sind in Abb. 9 dargestellt, sowohl für feuchte als auch für trockene Luft. Dabei repräsentiert ΔP [kPa] den Wasserdruckunterschied zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen der Schaufel (blau und rot in Abb. 10).

Referenzen und verwandte Publikationen

Zusätzliche Informationen zum Design und zur Optimierung von Drehschaufeln für Windtunnel, industrielle Rohrleitungen, HLK-Kanäle und Luftströmungsmanagement-Geräte, Lüfterrichtungsgeber usw. finden Sie in den unten stehenden Links:

Baals, D.D., und W.R. Corliss. Wind Tunnels of NASA. NASA; SP-440. Wissenschafts- und Technik-Informationsabteilung, Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde, 1981. https://books.google.rs/books?id=G0sCAAAAIAAJ.
Barlow, J.B., W.H. Rae und A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. https://books.google.rs/books?id=nUHWDwAAQBAJ.
Pope, A. und K.L. Goin. High Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1965. https://books.google.rs/books?id=yHFTAAAAMAAJ.
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Nikuradse, J. (1931), Strömungswiderstand in rauen Rohren. Z. angew. Math. Mech., 11: 409-411. https://doi.org/10.1002/zamm.19310110603.
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Nikuradse, J. 1930 Widerstandsgesetz und Geschwindigkeitsverteilung der turbulenten Wasserströmung in glatten und rauen Rohren, Proc. 3rd Int. Kongress Angew. Mech., Stockholm, 239-248.
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Colebrook, C. F. (Februar 1939). „Turbulente Strömung in Rohren, mit besonderem Bezug auf den Übergangsbereich zwischen den Gesetzen für glatte und raue Rohre“. Journal of the Institution of Civil Engineers. London. Band 12, Ausgabe 8, OKTOBER 1939, S. 393-422 doi:1680/ijoti.1939.14509.
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Cattafesta, Louis, Chris Bahr und Jose Mathew. „Grundlagen des Windkanaldesigns.“ In Enzyklopädie der Luft- und Raumfahrttechnik. John Wiley & Sons, Ltd, 2010. https://doi.org/10.1002/9780470686652.eae532.
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Almeida, Odenir De, Frederico Carnevalli De Miranda, Olivio Ferreira Neto und Fernanda Guimarães Saad. „Niedersubsonischer Windkanal – Design und Konstruktion.“ Journal of Aerospace Technology and Management 10 (26. Februar 2018). https://doi.org/10.5028/jatm.v10.716.
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Kotb, N. A. E., M. R. Mokhtarzadeh‐Dehghan und A. J. Ward‐Smith. „Eine numerische Studie zu laminaren und turbulenten Strömungen in einer zweidimensionalen Biegung mit oder ohne Leitfläche.“ International Journal for Numerical Methods in Engineering 26, Nr. 1 (Januar 1988): 245–62. https://doi.org/10.1002/nme.1620260117.
Sahlin, A.; Johansson, A.V. Entwurf von Leitflächen zur Minimierung des Druckverlusts in scharfen Biegungen. Fluids A Fluid Dyn. 1991, 3, 1934–1940.
Crawford, N.M.; Cunningham, G.Y. Vorhersage des Druckverlusts bei turbulenter Flüssigkeitsströmung in 90°-Biegungen; Sage: London, UK, 2003; S. 153–155.
Kumar, S.; Nandi, N. Änderung der Strömungsablösung und der Geschwindigkeitsverteilung durch den Einbau einer Leitfläche in eine 90°-Rohrbiegung. Mech. Eng. 2017, 21, 353–361.

Siehe auch:

Moody-Diagramm: https://en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
Darcy-Weisbach-Gleichung: https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Reibungsfaktor: https://en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
Reibungsverlust: https://en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss

Produktdokumentation

Spezifikationstabelle

Die Spezifikationstabelle mit den wichtigsten technischen Eigenschaften der Wendeschaufeln und Eck-Luftkanalbaugruppen finden Sie hier:

Technisches Datenblatt für Tunnel Tech Wendeschaufeln

Datenblatt

Tunnel Tech Wendeschaufeln – Datenblatt
	Technische Informationen zu Ecksegment-Baugruppen und Wendeschaufel-Parametern der Windtunnel von Tunnel Tech sind in einem umfassenden Datenblatt für die Produkte TTE-TSA und TTE-TV verfügbar. Die Dokumentation enthält Informationen zu Designoptionen, lokalen Widerständen für horizontale und vertikale 90-Grad-Strömungsumlenkungen sowie hydraulische und Wärmeübertragungsparameter für die gekühlten Wendeschaufeln von Tunnel Tech. Hier herunterladen: Tunnel Tech Wendeschaufeln – TTE-TSA-Datenblatt