Einführung in Umlenkleitbleche
Beim Luftstrommanagement spielt die Konstruktion von Kanalecken eine Schlüsselrolle für die Effizienz und Leistung von Belüftungs- und HLK-Systemen sowie Windkanälen. Wenn Luft durch eine scharfe Umlenkung gezwungen wird, was in Kanalsystemen oft unvermeidlich ist, trifft sie auf einen erhöhten hydraulischen Widerstand, was zu höheren Druckverlusten und Turbulenzen führt. Dies verringert nicht nur die Systemeffizienz, da mehr Energie benötigt wird, um den Luftstrom aufrechtzuerhalten, sondern beeinträchtigt auch die strukturelle Integrität des Kanalsystems durch die ungleichmäßigen Druckbelastungen, die durch turbulente Strömungen ausgeübt werden.
Hier kommen Umlenkleitbleche, auch bekannt als Leitschaufeln (Abb. 1), ins Spiel. Im Inneren der Ecke installiert, führen Umlenkleitbleche die Luft mit minimalem Widerstand durch die Umlenkung, wodurch Druckverluste und Turbulenzen reduziert werden, ohne den zusätzlichen Platz zu benötigen, den ein Bogen mit sanftem Radius erfordert. Dies macht Umlenkleitbleche zu einer idealen Lösung für ein effizientes Luftstrommanagement auf kompaktem Raum.
Abb. 1. TunnelTech Umlenkleitblech-Eckbaugruppe
Hochleistungs-Umlenkleitblech-Abschnitte als Alternative zu generischen HLK-Lösungen.
Der traditionelle Weg zur Reduzierung von Turbulenz, Druckverlust und Lärm eines scharf gekrümmten Kanals ist ein Bogen mit Radius (Abb. 2 und Abb. 4, Fall 2). Während Radiusbögen die für eine scharfe Umlenkung typischen Turbulenzen, Lärm und Druckverluste teilweise abmildern (siehe Abb. 4, Fall 1), bringen sie eigene Probleme mit sich.
Einige herkömmliche HLK-Kanalbögen aus sanft gekrümmtem Blech mit gebogenen Trennleitblechen sind in Abb. 2 links dargestellt. Dies sind typische Standardvarianten, die häufig in HLK-Kanalsystemen verwendet werden, z. B. konform mit dem DW144-Kanalstandard.
Solche Kanalkomponenten sind üblich und kostengünstig für kleine Anwendungen im Bauwesen, in kleinen Unternehmen und in HLK-Systemen mit geringer Leistung, bei denen die Energiekosten kein wesentlicher Faktor sind. Dieses Design ist jedoch keine gute Lösung für Belüftungs- und Kühlsysteme in mittel- und großformatigen Hochleistungsanwendungen – Stromerzeugung, Metallurgie, Turbomaschinen, Wärmetauscher, Abwärmerückgewinnung sowie moderne grüne und erneuerbare Energien – bei denen hydraulische Effizienz und Energieeinsparungen ein Muss sind.
Es ist jedoch nicht erforderlich, jedes Mal einen maßgeschneiderten, nicht standardmäßigen Kanal zu bauen, wenn der Energieverbrauch eines hydraulischen Netzwerks vollständig optimiert werden muss. Dieselbe Abbildung 2, rechts, zeigt eine Variante des diagonalen TunnelTech-Umlenkleitblech-Eckabschnitts, der energieeffizient, geräusch- und turbulenzarm ist, die Industriestandards für HLK-Systeme erfüllt und auch in großformatigen, leistungsstarken industriellen Anwendungen eingesetzt werden kann. Ein Beispiel für eine Großanlage, in die der diagonale Umlenkleitblech-Abschnitt problemlos integriert werden kann, ist in Abb. 3 dargestellt.
Abb. 2. Herkömmlicher mittelgroßer HLK-Bogen mit sanftem Radius und einem Trennleitblech aus Blech nach DW144-Standard (links) und eine hochleistungsfähige diagonale TunnelTech-Umlenkleitblech-Baugruppe für Standard-Luftkanäle (rechts).
Abb. 3. Großformatige TunnelTech-Luftkanal-Umlenkeckabschnitte für Windkanäle, Stromerzeugung und industrielle Anwendungen.
Konstruktion von Umlenkleitblechen zur Reduzierung von Druckabfall, Turbulenz und Lärm
Um verschiedene Konstruktionen von Umlenkecken zu vergleichen, sind die Druckabfälle (ΔP) und die CFD-simulierten Strömungsmuster in Abb. 4 unten dargestellt. Als Demonstrationsbeispiel wurde eine Einlassluftgeschwindigkeit von 20 m/s und ein quadratischer Kanal von 2×2 m gewählt. Die Geschwindigkeit von 20 m/s wurde gewählt, da professionelle vertikale Windkanäle für Indoor-Skydiving normalerweise die meiste Zeit in Modi betrieben werden, in denen die Strömungsgeschwindigkeit im Umlenkabschnitt zwischen 10 und 30 m/s liegt. CFD-Berechnungen wurden bei 1 Standardatmosphäre, 20 °C und null Luftfeuchtigkeit mit einem kompressiblen Gas und einer adiabaten Wand mit einer Rauheit von 250 µm durchgeführt. Es wurde ein Netz von 6 bis 10 Millionen Zellen pro Domäne verwendet. Am Einlassrand wurden ein flaches Einlassprofil und 2 % Turbulenz angewendet. Die Turbulenz wurde mit dem k-ε-Modell modelliert.
Hinweis: Die Abbildungen in Abb. 4 sind spezifische Beispiele, die ausschließlich dazu dienen, die Funktionsprinzipien zu veranschaulichen und einige Arten von Umlenkleitblech-Eckabschnitten zu vergleichen. Sie können nicht als allgemeine Ergebnisse für jeden Anwendungsfall herangezogen werden. Für jedes reale Belüftungssystem oder andere hydraulische Netzwerk müssen die spezifischen hydraulischen Parameter, Kanalgröße und -form, Rauheit und strukturelle Unregelmäßigkeiten, Strömungsungleichmäßigkeiten und genaue physikalische Gaseigenschaften an jedem Berechnungspunkt berücksichtigt werden. Sie können eine solche Berechnung für ein spezifisches System in Auftrag geben, indem Sie uns kontaktieren.
Folgende Konstruktionsfälle werden dargestellt:
- Eckabschnitt ohne Umlenkleitbleche.
- Sanft gekrümmter Eckabschnitt (r = ½ der Kanalhöhe) mit radial gebogenen Trennleitblechen. Der Druckabfall hängt auch von der Anzahl und Geometrie der Trennbleche ab. Das Beispiel zeigt eine minimale Anzahl optimal geformter Trennbleche.
- Einfache radial gekrümmte dünne Platten (10–20 mm dick).
- Typische, nicht optimierte Umlenkleitbleche unserer engsten Mitbewerber.
- TunnelTech-Umlenkleitbleche (TTE-TV) mit optimiertem Profil.
Das größte Problem bei gekrümmten Kanälen mit einer kleinen Anzahl einfacher gebogener Trennbleche (oder ganz ohne Leitbleche) ist die Druck- und Geschwindigkeitsverteilung am Austritt des Umlenkabschnitts (Abb. 4, Fall 2, siehe Austrittsquerschnitt). Die Geschwindigkeit nimmt von der Außenwand zur Innenwand jedes Teilströmungskanals zu, was zu einer ungleichmäßigen Strömung, starken Turbulenzen und Lärm führt. Je kleiner der Umlenkradius, desto größer ist das Risiko von Strömungsabrissen, Verzerrungen der Druck- und Geschwindigkeitsfelder, höherem Lärm und höherem Druckabfall.
Die einzige Möglichkeit, diese Probleme zu überwinden, ist ein großer Krümmungsradius für den Eckabschnitt und eine größere Anzahl von Trennleitblechen. Dies schafft ein zweites Problem – den zusätzlichen Platzbedarf für solche Bögen und die Materialkosten für mehrere gekrümmte Trennbleche, die auf den Kanalquerschnitt abgestimmt sind. In großen Kanalsystemen können Bögen mit sanftem Radius zu unverhältnismäßig großen Strukturen führen, was diesen Ansatz in vielen Fällen unpraktisch macht, insbesondere wenn Platz Mangelware ist. Der zusätzliche Platzbedarf wird durch die gestrichelten Linien in Abb. 4, Fall 2 unten dargestellt. Die Höhe und Breite jeder Umlenkung muss um mindestens die Hälfte der Kanalgröße vergrößert werden. Für Umlauf-Windkanäle bedeutet dies, dass die Gebäudeabmessungen in jede Richtung um mehrere Meter vergrößert werden müssen, was die Kosten für die Luftkanäle und die Kapitalinvestitionen in die Höhe treibt. Darüber hinaus kostet jedes Trennblech so viel wie die Kanalwand selbst.
Abb. 4. Eckabschnitte in Luftkanälen – Konstruktions- und Leistungsvergleich
Die optimale Lösung für Windkanäle und industrielle Belüftung ist eine diagonale Kaskade von Umlenkleitblechen mit Tragflächenprofil, wie in Abbildung 4, Fälle 3–5 dargestellt.
Alle obigen CFD-Bilder beziehen sich beispielhaft auf einen Luftkanal-Eckabschnitt mit einem 2×2 m Einlass bei 20 m/s Luftgeschwindigkeit – der Fall, der für Indoor-Skydiving und langsam strömende Unterschall-Windkanäle am relevantesten ist.
Abbildung 4, Fall 3 zeigt einen Eckabschnitt mit einfachen Leitblechen aus dünnem, gebogenem Blech. Abb. 4, Fall 4 zeigt die besten Umlenkleitbleche, die von den engsten Mitbewerbern von TunnelTech angeboten werden. Beide haben eine kürzere Profilsehne und eine nicht optimierte Tragflächenform, was zu einer scheinbaren Restungleichmäßigkeit der Strömung am Abschnittsaustritt, einem höheren aerodynamischen Widerstand und mehr Kanalgeräuschen führt. Dünne Leitbleche aus einfachem, gebogenem Blech überschreiten in der Regel selbst bei niedriger Luftgeschwindigkeit die zulässigen Geräuschpegel, und ein dickes, kurzes Profil mit einem geringen Verhältnis von Profilsehne zu Dicke hat zudem eine kleinere Oberfläche, was ein Nachteil ist, wenn gekühlte Umlenkleitbleche zur Wärmeübertragung eingesetzt werden.
Der untere Teil von Abbildung 4, Fall 5 zeigt eine Luftkanalecke, die mit hochleistungsfähigen TunnelTech-Umlenkleitblechen ausgestattet ist (zur Bestellung siehe Artikelnummer TTE-TV-90). Wie die Querschnitte zeigen, ist die Strömung bei richtig profilierten Leitblechen gleichmäßiger, was einen geringeren Druckabfall und geringe Turbulenz bedeutet.
Das Austrittsdruck-/Geschwindigkeitsprofil ist bei TunnelTech-Eckabschnitten, die mit Leitblechen mit langer Profilsehne ausgestattet sind, ebenfalls viel besser als in den anderen Fällen. Das Ergebnis ist die unübertroffene aerodynamische Qualität von TunnelTech, die sich in zahlreichen Bewertungen von professionellen Skydivern und anderen Kunden widerspiegelt.
Alle oben genannten Daten, einschließlich Sehnenlänge und Kühlungsoptionen, sind auch in Tabelle 1 zusammengefasst.
| Fall / Leitblechtyp | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Sehnenlänge (mm) | Kühlung |
|---|---|---|---|---|
| 1. Keine Leitbleche, scharfe Umlenkung | 114 | 0,47 | — | Nein |
| 2. Sanft gekrümmter Eckabschnitt | 41 | 0,17 | > 2000 | Nein |
| 3. Einfache radial gekrümmte dünne Platten | 80 | 0,33 | 250–500 | Nein |
| 4. Umlenkleitbleche der engsten Mitbewerber | 88 | 0,37 | 280 | Ja |
| 5. TunnelTech optimierte Umlenkleitbleche | 57 | 0,24 | 500 | Ja |
Der hydraulische Verlustbeiwert für den Kanalumlenkabschnitt mit TunnelTech- und Mitbewerber-Leitblechen über den Geschwindigkeitsbereich bis zu 100 m/s, berechnet für die gleiche Geometrie und die gleichen Anfangsbedingungen, ist in Abb. 5 dargestellt.
Weitere Details zu hydraulischen Verlusten entlang der Kanallänge, zum örtlichen Widerstandsbeiwert und zum gesamten hydraulischen Verlustbeiwert finden Sie unten.
Abb. 5. Vergleich von TunnelTech- und Mitbewerber-Umlenkabschnitten: Darcy-Weisbach-Verlustbeiwert für die gleiche Geometrie und anfängliche Berechnungsbedingungen.
Minderung von Turbulenzen für zuverlässige hydraulische und strukturelle Sicherheitsberechnungen
Abb. 6. TunnelTech Umlenkleitblech-Eckabschnitt: Turbulenzskala (m) bei 20 m/s
Ein glattes, vorhersehbares Druck-/Geschwindigkeitsprofil ist besonders wichtig in Anwendungen, in denen hohe Turbulenzen oder Strömungsabrisse inakzeptabel sind, wie z. B. in experimentellen Windkanälen, Indoor-Skydiving-Anlagen und Hochleistungsanlagen. Diese parasitären Effekte, zusammen mit den Druckpulsationen, die durch Strömungsabrisse und großräumige Turbulenzen verursacht werden, sind auch in Anlagen inakzeptabel, die frei von akustisch induzierten Vibrationen sein müssen und in denen aus Gründen der strukturellen Stabilität der Luftkanäle keine statischen Druckabweichungen zulässig sind. Darüber hinaus ist eine turbulente Strömung eine häufige Lärmquelle, die die Gesamtsystemleistung und den Endbenutzerkomfort weiter verschlechtert.
Es sollte auch bedacht werden, dass Strömungsunregelmäßigkeiten dazu neigen, stromabwärts zu wachsen und sich zu verstärken, es sei denn, es werden Strömungsgleichrichter, Wabengitter, Turbulenzsiebe oder andere strömungskonditionierende Vorrichtungen verwendet [1-3]. Eine genaue gasdynamische Analyse erfordert die Berechnung des Widerstands jedes aufeinanderfolgenden Kanalelements mit dem realen Einlassdruck-/Geschwindigkeitsprofil, das vom vorherigen Element des hydraulischen Netzwerks erzeugt wurde. Bei langen hydraulischen Netzwerken ist es aufgrund ihrer schieren Größe oft unmöglich, eine CFD-Simulation des gesamten Systems durchzuführen. In solchen Fällen werden ungefähre semi-empirische Berechnungen basierend auf dimensionslosen Strömungskennzahlen und geometrischen Kriterien [4] oder Software, die auf solchen Methoden basiert, verwendet. Ebenso wird die FEA-Modellierung der strukturellen Stabilität von Kanälen typischerweise mit einem stetigen statischen Druckfeld durchgeführt, das auf die Kanalwände einwirkt. Starke Strömungsunregelmäßigkeiten, die sich stromabwärts entwickeln, können daher auch Fehler in sicherheitskritische Analysen von tragenden Strukturen einbringen.
Näherungsmethoden befassen sich in der Regel nicht mit der Verzerrung des Geschwindigkeitsprofils am Einlass eines hydraulischen Netzwerkelements; bestenfalls berücksichtigen sie, ob das Profil voll ausgebildet oder noch nicht ausgebildet (gleichmäßig) ist, sowie die Parameter der Grenzschicht. In Windkanälen und industriellen Belüftungssystemen kann jede Umlenkung der Strömung zu Ungleichmäßigkeiten und starkem Drall führen, was Unsicherheiten in die hydraulischen Widerstandsberechnungen für lange Netzwerke einbringt. Wo immer möglich, sollten daher große Unregelmäßigkeiten im Geschwindigkeitsprofil vermieden werden.
Abb. 6 und die obigen Ergebnisse zeigen, dass Umlenkabschnitte mit TunnelTech-Umlenkleitblechen nicht nur keine zusätzlichen Strömungsstörungen erzeugen, sondern auch dazu verwendet werden können, Drall und Ungleichmäßigkeiten stromabwärts des Abschnitts zu dämpfen. Ein Umlenkleitblech-Eckabschnitt mit TunnelTech-Leitblechen kann daher auch als effektiver Strömungsgleichrichter fungieren, wenn er stromabwärts eines Axialventilators, Kanaldiffusors, Wärmetauschers, einer Messstrecke, einer Kanalabzweigung oder -auskopplung oder eines anderen turbulenzerzeugenden Elements installiert wird.
Örtlicher Widerstandsbeiwert
Der örtliche Widerstandsbeiwert einer Umlenkecke kann mit der bekannten Darcy-Weisbach-Gleichung berechnet werden:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Wobei:
- ΔP – Gesamtdruckverlust (Druckabfall) in Pa;
- ξ – örtlicher Widerstandsbeiwert (Darcy-Weisbach);
- ρ – Fluiddichte (kg/m³);
- V – Fluidgeschwindigkeit am Einlassquerschnitt (m/s).
Diese Parameter, die die Energieeffizienz des Luftkanals bestimmen, hängen stark von der Konstruktion der Umlenkleitbleche ab.
Gemäß [4] kann der Gesamtwiderstand eines komplexen hydraulischen Elements als Summe des Reibungswiderstands entlang seiner Länge ξL und des örtlichen Widerstands ξ0 dargestellt werden:
ξSUM = ξL + ξ0
Für einen geraden Luftkanal ist der Längenwiderstand proportional zur Länge und umgekehrt proportional zum hydraulischen Durchmesser, wie durch die Formel ausgedrückt:
ξL = (L / D) · f
wobei f der Darcy-Reibungsbeiwert ist.
Für einfach geformte Kanäle (z. B. kreisförmig, quadratisch, sechseckig) kann f als nichtlineare Funktion allein der Reynolds-Zahl ausgedrückt werden – siehe Kapitel 2 in [4] oder https://de.wikipedia.org/wiki/Darcy-Weisbach-Gleichung
Der Reibungsbeiwert f für ein einfaches rundes Rohr (kreisförmiger Kanal) mit glatten Wänden, einem voll ausgebildeten Strömungsprofil am Einlass und einem turbulenten Regime (Reynolds-Zahlen Re > 4×103) kann mit folgender Formel berechnet werden:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Bei realen Kanälen muss auch die Wandrauheit berücksichtigt werden.
Abb. 7 unten zeigt eine grafische Darstellung des Darcy-Reibungsbeiwerts in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl Re für verschiedene relative Wandrauheitswerte, erstmals veröffentlicht von Nikuradse in [5-8]. Dieses Diagramm ist auch als Moody-Diagramm [9] oder Colebrook-White-Gleichung [10-11] bekannt. Eine neuere Studie zu glatten Rohren findet sich in [12].
Das Diagramm zeigt die komplexe Abhängigkeit f(Re) für ein rundes Rohr mit unterschiedlichen Rauheitswerten. Für quadratische und andere nicht kreisförmige Kanäle ist das Diagramm noch komplizierter. Das Strömungsregime (Reynolds-Zahl), die Kanalform und die relative Wandrauheit müssen daher alle berücksichtigt werden.
Abb. 7. Moody-Diagramm (auch Nikuradse-Diagramm), das den Darcy-Weisbach-Reibungsbeiwert fD in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl Re für verschiedene relative Rauheitswerte zeigt – Originaldiagramm: S. Beck und R. Collins, University of Sheffield, geteilt unter CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Für reale, raue Kanäle ist es dennoch möglich, den Gesamtwiderstand als Summe ξSUM = ξL + ξ0 aus Längenwiderstand und örtlichem Widerstand darzustellen.
Die Aufteilung des Widerstands in diese Summe vereinfacht die Untersuchung von Kanalparametern, da der örtliche Widerstand ξ0 für eine vereinfachte Elementgeometrie berechnet werden kann – zum Beispiel mit einer periodischen Formulierung des Problems auf einer kleineren Berechnungsdomäne oder in einer 2D-Formulierung. Beachten Sie die Größe der Berechnungsdomäne in den in Abb. 4 gezeigten Beispielen – der Abschnitt ist 3 m hoch und 18 m lang, und eine ausreichende Gitterkonvergenz beginnt erst ab 10 Millionen Netzelementen. Eine periodische oder 2D-Formulierung derselben Fälle könnte mit einer Größenordnung weniger Netzelementen auskommen, und die vereinfachte Berechnung jedes Geschwindigkeitspunkts auf der ΔP(v)-Kurve würde Minuten oder sogar Sekunden statt Stunden dauern.
Die Aufteilung des Widerstands in zwei Komponenten kann daher Berechnungen erheblich vereinfachen – der örtliche Widerstand ξ0 wird schnell bestimmt, und der Längenwiderstand ξL wird dann addiert. Letzterer kann schnell aus veröffentlichten Tabellen oder durch Näherungsformeln basierend auf dimensionslosen Kennzahlen und Kanalgeometrieparametern abgeschätzt werden. Für Hydraulik- und Kanalnetzelemente mit abrupten Änderungen der Strömungsrichtung (abgewinkelte Ellbogen, sanfte Bögen, Bögen verschiedener Winkel mit und ohne Umlenkleitbleche) werden ein ähnlicher Ansatz und eine ähnliche Methode in den Kapiteln 6-1 und 6-2 des umfassenden Handbook of Hydraulic Resistance [4] vorgestellt.
Technische Spezifikationen
Umfassende technische Daten für präzise Auslegungs- und Leistungsberechnungen.
Integrierte Kühltechnologie
Unsere Umlenkleitbleche revolutionieren den Windkanalbau: Integrierte Kühlkanäle im Profil sorgen für überlegene Wärmeübertragung – ohne Beeinträchtigung der Strömungsqualität.
- Enorme Wärmeabfuhrleistung, skalierbar von einigen hundert Kilowatt bis in den zweistelligen Megawattbereich.
- Effizientes Thermomanagement ohne negativen Einfluss auf Turbulenz oder Strömungsqualität.
- Sechs integrierte Kühlkanäle pro Leitblech für maximale thermische Effizienz
- Nahtlose Anbindung an industrielle Standard-Wasserkühlkreisläufe
Produkt-Highlights
Die Luftstrom-Umlenkleitbleche von TunnelTech (Produkt TTE-TV) stehen an der Spitze dieser Technologie und bieten eine beispiellose Effizienz im Luftstrommanagement. Unsere Produkte sind für eine Vielzahl von Anwendungen konzipiert, von Indoor-Skydiving-Anlagen und Windkanälen bis hin zu HLK- und Belüftungssystemen, und verkörpern den neuesten Stand des aerodynamischen Designs und der Energieeffizienz.
Leistung von Umlenkleitblech-Abschnitten in Luftkanälen
Die hochleistungsfähigen Umlenkleitbleche von TunnelTech setzen den Industriestandard für Leistungs- und aerodynamische Effizienz. Unsere energiesparenden Umlenkleitbleche sind so konstruiert, dass sie aerodynamische Verluste minimieren, einen reibungslosen Luftstrom gewährleisten und den Energieverbrauch senken.
TunnelTech-Umlenkleitbleche weisen hervorragende örtliche Widerstandseigenschaften in Luftkanälen. Die Widerstandsparameter, berechnet mit der Darcy-Weisbach-Gleichung wie oben beschrieben, sind in den folgenden Abbildungen (siehe Abb. 8) und im Datenblatt für Umlenkleitbleche dargestellt.
Im Allgemeinen werden dort, wo die Kanalgröße unbekannt ist, Werte für ein idealisiertes Element mit periodischen seitlichen Randbedingungen angegeben, ohne die zusätzliche Wandreibung entlang der Länge, Rauheit oder andere lokale Parameter zu berücksichtigen. Abb. 8 gibt die Werte für ein idealisiertes Eckelement mit TunnelTech-Leitblechen an, berechnet für einen Stapel von 15 Leitblechen mit periodischen Randbedingungen als Näherung einer unendlichen periodischen Kaskade.
Abb. 8. TunnelTech Umlenkleitblech: örtlicher Widerstandsbeiwert und entsprechender Druckabfall.
Wenn das HLK- oder ein anderes hydraulisches System aus Kanälen besteht, deren Strömungsquerschnitt sich im Allgemeinen entlang des Strömungswegs nicht ändert, ist es für Näherungsberechnungen zweckmäßig, den Widerstand pro Längeneinheit abzuschätzen (der natürlich über den gesamten Geschwindigkeitsbereich abgeschätzt werden muss):
KL = ξL / L = f / Dh
wobei Dh der hydraulische Durchmesser des Kanals ist. Der Wert von KL lässt sich leicht aus Nachschlagewerken ermitteln, wie oben besprochen. Multipliziert man ihn mit der Länge und addiert die örtlichen Widerstandswerte ξ0 aus Datenblättern oder unabhängig berechnet, erhält man eine schnelle Schätzung des Gesamtdruckverlusts im System.
ξSUM = KL · L + ξ0
Die anschaulichen Beispiele in Abb. 4 – ein quadratischer Kanal von 2×2 m mit den in der Berechnung verwendeten Gasparametern und der Rauheit – haben einen Widerstand pro Längeneinheit in der Größenordnung von KL = ξL / L ~ 2,1 Pa. Dieser Wert gilt für einen einfachen quadratischen Kanal ohne Bögen, Leitbleche oder andere Einbauten. Über die vollen 21 m, die die Luft durch den Kanal strömt, ergibt dies einen Druckabfall von ~44 Pa. Addiert man den Wert aus Abb. 8 (11 Pa bei 20 m/s, entnommen aus dem Datenblatt für Umlenkleitbleche, Tabelle A.2.1), ergibt sich ein Gesamtwiderstand von 55 Pa für einen realen 2×2 m Kanalabschnitt mit Umlenkleitblechen. Dieser Wert stimmt gut mit dem in Abb. 4, Fall 5 gezeigten Wert überein.
Weitere Informationen zu Näherungsmethoden zur Berechnung des Widerstands von Kanälen beliebiger Form ohne CFD finden Sie in [4] und ähnlicher Literatur.
Hinweis: Die Beispiele in Abb. 4 sind nur ein Sonderfall, der die Funktionsweise der Umlenkleitbleche demonstriert, und können nicht zur Bewertung eines beliebigen Kanals herangezogen werden. Abbildung 8 ist breiter anwendbar, aber die spezifischen Parameter des Kanals des Kunden müssen dennoch berücksichtigt werden. Jedes System erfordert eine detaillierte Analyse, die Sie bei TunnelTech in Auftrag geben können. Für eine genaue Berechnung des hydraulischen Kanalwiderstands und eine fachmännische Bewertung des Energieverbrauchs Ihrer Belüftungs- oder Windkanalausrüstung kontaktieren Sie uns bitte.
Weitere Informationen zu unseren Dienstleistungen und F&E finden Sie auf der Seite Technologie und im Abschnitt Dienstleistungen.
Umlenkleitbleche für industrielle Kühlung und Heizung
Einzigartig unter den Umlenkleitblechen für industrielle Luftkanäle können unsere Produkte Kühlmittel mit einer hohen Durchflussrate zirkulieren lassen, wodurch die Luft beim Durchströmen des Kanals effizient gekühlt oder erwärmt werden kann. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der thermischen Regulierung – klimatisierende Leitbleche für Innenräume und widerstandsarme Wärmetauscher im Kanal – und bietet unseren Kunden vielseitige Lösungen für ihre Luftstromanforderungen.
Bewertet nach der HTCL-Methode (Wärmeübergangskoeffizient pro laufendem Meter), die den Wärmestrom (in Watt) pro Meter Umlenkleitblechlänge pro Kelvin logarithmischer mittlerer Temperaturdifferenz (ΔTLMTD) zwischen der Außenluft und dem Leitblechkühlmittel quantifiziert, sind unsere Umlenkleitbleche für eine effektive Wärmeübertragung über eine Reihe von Luftstrombedingungen hinweg ausgelegt und garantieren eine stabile Leistung und Temperaturregelung.
Die Parameter des Wärmeübergangskoeffizienten für die wassergekühlten Umlenkleitbleche sind in Abb. 9 sowohl für trockene als auch für feuchte Luft dargestellt, wobei ΔP [kPa] die Wasserdruckdifferenz zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen der Leitbleche ist (blau und rot in Abb. 10).
Abb. 10. Kühlkanäle der Umlenkleitbleche
Abb. 9. HTCL-Koeffizient. Trockene (rF = 0 %) und feuchte Luft (rF = 90 % bei 30 °C) bei unterschiedlichen Kühlmittel- (Wasser-) Druckdifferenzen zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen der Kühlkanäle.
Umlenkleitbleche zur Abwärmerückgewinnung
Gekühlte Umlenkleitbleche mit integrierten Wärmetauscherkanälen bieten eine vielseitige Lösung für die Abwärmerückgewinnung in einer Vielzahl von Anwendungen. In Wärmetauschersysteme integriert, können diese Leitbleche überschüssige thermische Energie erfassen, die andernfalls verloren gehen würde, und sie an Wärmerückgewinnungssysteme übertragen, was die Gesamtsystemeffizienz erheblich verbessert.
In der Praxis kann diese Technologie in vielen Bereichen eingesetzt werden. In industriellen Prozessen können beispielsweise gekühlte Umlenkleitbleche Abwärme aus Abgasen zurückgewinnen und diese zum Vorwärmen einströmender Flüssigkeiten oder Luft verwenden, wodurch der Energieverbrauch gesenkt wird. In HLK-Systemen wird das gleiche Prinzip in Geräten wie Wärmerückgewinnungslüftern (HRVs) und Energierückgewinnungslüftern (ERVs) angewendet, die Wärme zwischen den Abluft- und Zuluftströmen übertragen. Dies minimiert die Energie, die zum Heizen oder Kühlen der einströmenden Luft benötigt wird, was zu erheblichen Energieeinsparungen.
Gekühlte Umlenkleitbleche können auch in Stromerzeugungs- und erneuerbare Energiesysteme integriert werden. In Blockheizkraftwerken (BHKW) wird beispielsweise die Abwärme aus der Stromerzeugung zurückgewonnen und zum Heizen verwendet, was die Gesamteffizienz des Systems verbessert. In Geothermiesystemen können diese Leitbleche helfen, die aus dem Boden gewonnene thermische Energie zu verwalten und die Wärmeübertragungsprozesse zu optimieren.
Bei Initiativen für grüne und erneuerbare Energien spielt die Abwärmerückgewinnung eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des CO2-Fußabdrucks und der Verbesserung der Nachhaltigkeit von Energiesystemen. Der Ansatz steht im Einklang mit den Prinzipien der schlanken Produktion, verbessert die Ressourceneffizienz und senkt die Betriebskosten durch effektives Wärmemanagement. In ESG-Projekten zeigt die Einführung solcher Technologien darüber hinaus das Engagement zur Minimierung der Umweltauswirkungen und zur Optimierung der Ressourcennutzung im Einklang mit umfassenderen Nachhaltigkeitszielen.
Abwärmerückgewinnung – Verwandte Projekte
TunnelTech verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Bereitstellung von Wärmetauscher- und HLK-Projekten, die für die Abwärmerückgewinnung mit gekühlten Umlenkleitblechen ausgelegt sind. Durch die Integration dieser Leitbleche in Wärmetauschersysteme, die darauf ausgelegt sind, thermische Energie zu erfassen und wiederzuverwenden, die andernfalls verloren gehen würde, ermöglicht TunnelTech eine effektivere Rückgewinnung von Abwärme aus einer Vielzahl von industriellen und kommerziellen Prozessen. Dies verbessert nicht nur die Energieeffizienz, sondern unterstützt auch Nachhaltigkeitsziele durch die Reduzierung von Energieverbrauch und Betriebskosten.
Anwendungen
Unsere Umlenkleitbleche bedienen ein breites Spektrum an Branchen und Anwendungen
HLK-Systeme
| Gewerbegebäude | Luftkanaloptimierung; Energieeffizienz; niedrigere Betriebskosten; mehr Gesundheit und Sicherheit durch effiziente Steuerung von Luftqualität und Temperatur |
| Wohnanlagen | Komfortable Wohnumgebungen mit optimaler Luftqualität und Luftströmung; bessere Gesundheit und Sicherheit |
| Rechenzentren | Umlenkleitbleche für das Wärmemanagement halten die kritischen Temperatur- und Feuchtigkeitswerte aufrecht, die für die Leistung und Langlebigkeit von Servern erforderlich sind |
Lüftungssysteme im Bauwesen
| Krankenhäuser und Gesundheitseinrichtungen | Leise laufende Umlenkleitbleche bieten die entscheidende Luftqualitätskontrolle zum Schutz von Patienten und Personal; mehr Gesundheit und Sicherheit durch effiziente Steuerung von Luftqualität und Temperatur |
| Bildungseinrichtungen | Bessere Lernumgebungen durch verbesserte Luftzirkulation |
Umweltkontrolle
| Elektronik, Biotech, Foodtech und andere Hightech-Anlagen / Reinräume | Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung für anspruchsvolle Hightech-Produktion; klimatisierende Umlenkleitbleche halten strenge Luftstromstandards für Fertigung und Forschung ein |
| Sportarenen | Komfort und Sicherheit für Sportler und Zuschauer gleichermaßen |
Industrielle und spezialisierte Anwendungen
| Tunnelbau und -instandhaltung | Bessere Luftqualität und Sicherheit für Arbeiter in Tunnelumgebungen |
| Industrieanlagen | Luftkanaloptimierung; Energieeffizienz; nachhaltige Entwicklung; niedrigere Betriebskosten |
| Gießereien und Schwerindustrieanlagen | Energieeffizienz; niedrigere Betriebskosten; Abwärmerückgewinnung; Dekarbonisierung und ESG; hochbelastbare HLK-Luftkanäle; Wärmemanagement |
| Schiffstechnik | Verbesserte Belüftung auf Schiffen und U-Booten für den Komfort der Besatzung und die Zuverlässigkeit der Ausrüstung |
| Bergbau und Untertagebau | Essenzielle Belüftung für Bergwerke und andere unterirdische Bauwerke zur Verringerung des Risikos gefährlicher Bedingungen |
Jede dieser Anwendungen profitiert erheblich von dem fortschrittlichen Design und der Funktionalität der Umlenkleitbleche von TunnelTech, die einen Quantensprung im effizienten Luftstrommanagement darstellen. Durch die Wahl der widerstandsarmen Umlenkleitbleche von TunnelTech können Kunden erwarten, dass ihre Systemleistungsziele nicht nur erreicht, sondern übertroffen werden, und das alles bei gleichzeitiger
- •Reduzierung des Energieverbrauchs* um bis zu 30 %
- •Reduzierung des Lärms* um 60 %, im Vergleich zu herkömmlichen Luftkanälen.
* Experimentelle Ergebnisse für die Windkanalgeometrie des TT45 PRO.
Für Anfragen und weitere Details darüber, wie unsere Umlenkleitbleche auf Ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten werden können, kontaktieren Sie bitte unser Team. Lassen Sie TunnelTech Ihr Partner bei der Erzielung eines optimalen Luftstrommanagements sein.
Installation & Wartung
- •Abmessungen und Spezifikationen
Überprüfen Sie vor der Installation die Kanalabmessungen und die Spezifikationen der Umlenkleitbleche
- •Montageoptionen
Erhältlich in Klemm-, Schraub- und Schweißausführungen
- •Lastenhandhabung
Befolgen Sie die Richtlinien zur Lastenhandhabung für sicheren Transport und Positionierung
- •Schritt-für-Schritt-Installation
Detaillierte Installationsanweisungen werden mit jeder Produktlieferung bereitgestellt
- •Inspektionsplan
Regelmäßige Sichtprüfungen zur Sicherstellung der Leitblechausrichtung und strukturellen Integrität
- •Reinigungsverfahren
Regelmäßige Reinigung zur Entfernung von Staub- und Schmutzablagerungen auf den Leitblechoberflächen
- •Verschleißüberwachung
Überwachung auf Anzeichen von Korrosion, Erosion oder mechanischen Schäden
- •Anleitung zur Fehlerbehebung
Behebung häufiger Probleme wie Vibrationen, Lärm oder verringerter Luftstromeffizienz
Dokumentation
Technische Informationen zu den Eckbaugruppen von TunnelTech-Windkanälen und den Parametern der Umlenkleitbleche finden Sie in einem umfassenden Datenblatt zu den Produkten TTE-TSA und TTE-TV. Die Dokumentation umfasst Konstruktionsoptionen, örtliche Widerstandsbeiwerte für horizontale und vertikale 90-Grad-Umlenkecken sowie hydraulische und wärmetechnische Parameter für gekühlte Umlenkleitbleche.
TTE-TSA Datenblatt herunterladen (PDF)Referenzen und verwandte Publikationen
Weitere Informationen zur Konstruktion und Optimierung von Umlenkleitblechen für Windkanäle, industrielle Luftkanäle, HLK-Kanäle und Luftstrommanagement-Ausrüstung, Strömungsgleichrichter für Ventilatoren usw. finden Sie unter den folgenden Links:
- Baals, D.D., und 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, und A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
- Pope, A., und 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. (Englische Übersetzung: 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
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Siehe auch:
- Moody-Diagramm: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach-Gleichung: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Rohrreibungszahl: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Reibungsverlust: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss