آشنایی با پرههای راهنما
در مدیریت جریان هوا، طراحی زانوهای داکت نقش کلیدی در بهرهوری و عملکرد سیستمهای تهویه، HVAC و تونلهای باد ایفا میکند. هنگامی که هوا مجبور به عبور از یک چرخش تند میشود، که اغلب در داکتکشی اجتنابناپذیر است، با مقاومت هیدرولیکی افزایشیافتهای روبرو میشود که منجر به افت فشار و آشفتگی بیشتر میگردد. این امر نه تنها بهرهوری سیستم را کاهش میدهد، زیرا انرژی بیشتری برای حفظ جریان هوا مورد نیاز است، بلکه از طریق بارهای فشاری ناهموار اعمال شده توسط جریان آشفته، بر یکپارچگی ساختاری داکتکشی نیز تأثیر میگذارد.
اینجاست که پرههای راهنما، که به عنوان پرههای زانویی یا پرههای هدایتکننده نیز شناخته میشوند، وارد عمل میشوند (شکل ۱). پرههای راهنما که در داخل زانو نصب میشوند، هوا را با حداقل مقاومت از طریق چرخش هدایت کرده و افت فشار و آشفتگی را بدون نیاز به فضای اضافی که یک خم با شعاع ملایم نیاز دارد، کاهش میدهند. این امر پرههای راهنما را به راهحلی ایدهآل برای مدیریت کارآمد جریان هوا در یک فضای فشرده تبدیل میکند.
شکل ۱. مجموعه بخش زانویی پره راهنمای TunnelTech
بخشهای پره راهنما با عملکرد بالا به عنوان جایگزینی برای راهحلهای عمومی HVAC.
روش سنتی برای کاهش آشفتگی، افت فشار و صدای یک داکت با انحنای تند، استفاده از زانوی شعاعدار است (شکل ۲ و شکل ۴، حالت ۲). در حالی که زانوهای شعاعدار تا حدودی آشفتگی، صدا و افت فشار معمول یک خم تند را کاهش میدهند (به شکل ۴، حالت ۱ مراجعه کنید)، اما مشکلات خاص خود را به همراه دارند.
چندین خم داکت HVAC معمولی، ساخته شده از ورق فلزی با انحنای ملایم و پرههای جداکننده خمیده، در شکل ۲ در سمت چپ نشان داده شده است. اینها انواع استاندارد معمولی هستند که معمولاً در داکتکشی HVAC استفاده میشوند، به عنوان مثال مطابق با استاندارد داکتکشی DW144.
چنین اجزای داکتی برای کاربردهای کوچک در مهندسی عمران، کسبوکارهای کوچک و سیستمهای HVAC کمتوان که هزینه انرژی در آنها عامل مهمی نیست، رایج و مقرونبهصرفه هستند. با این حال، این طراحی راهحل خوبی برای سیستمهای تهویه و سرمایش در کاربردهای مقیاس متوسط و بزرگ با ظرفیت بالا – تولید برق، متالورژی، توربوماشینها، مبدلهای حرارتی، بازیابی حرارت اتلافی و انرژیهای سبز و تجدیدپذیر مدرن – که در آنها بهرهوری هیدرولیکی و صرفهجویی در انرژی یک ضرورت است، نمیباشد.
با این حال، نیازی نیست هر بار که مصرف انرژی یک شبکه هیدرولیکی باید کاملاً بهینه شود، یک داکت سفارشی و غیراستاندارد ساخته شود. همان شکل ۲، در سمت راست، نوعی از بخش زانویی پره راهنمای مورب TunnelTech را نشان میدهد که دارای بهرهوری انرژی بالا، صدای کم و آشفتگی پایین است، استانداردهای صنعت برای سیستمهای HVAC را برآورده میکند و همچنین میتواند در کاربردهای صنعتی پرقدرت و مقیاس بزرگ استفاده شود. نمونهای از یک تأسیسات مقیاس بزرگ که بخش پره راهنمای مورب به راحتی میتواند در آن ادغام شود، در شکل ۳ نشان داده شده است.
شکل ۲. زانوی ملایم HVAC مقیاس متوسط معمولی با پره جداکننده ورق فلزی مطابق استاندارد DW144 (چپ)، و مجموعه پره راهنمای مورب با عملکرد بالای TunnelTech برای داکتهای هوای استاندارد (راست).
شکل ۳. بخشهای زانویی پره راهنمای داکت هوای مقیاس بزرگ TunnelTech برای تونلهای باد، تولید برق و کاربردهای صنعتی.
طراحی پره راهنما برای کاهش افت فشار، آشفتگی و صدا
برای مقایسه طراحیهای مختلف زانوهای راهنما، افت فشار (ΔP) و الگوهای جریان شبیهسازیشده با CFD در شکل ۴ در زیر آورده شده است. سرعت جریان هوای ورودی 20 m/s و یک داکت مربعی ۲×۲ متر به عنوان نمونه نمایشی انتخاب شدند. سرعت 20 m/s به این دلیل انتخاب شد که تونلهای باد عمودی حرفهای برای اسکایدایوینگ داخل تونل معمولاً بیشتر اوقات در حالتهایی کار میکنند که سرعت جریان در بخش زانویی بین ۱۰ تا 30 m/s است. محاسبات CFD در ۱ اتمسفر استاندارد، ۲۰ درجه سانتیگراد و رطوبت هوای صفر با یک گاز تراکمپذیر و یک دیواره آدیاباتیک با زبری ۲۵۰ میکرومتر انجام شد. از شبکهای با ۶ تا ۱۰ میلیون سلول در هر دامنه استفاده گردید. یک پروفیل ورودی تخت و ۲٪ آشفتگی در مرز ورودی اعمال شد. آشفتگی با استفاده از مدل k-ε مدلسازی گردید.
توجه: تصاویر شکل ۴ نمونههای خاصی هستند که صرفاً برای نشان دادن اصول عملکرد و مقایسه چند نوع از بخشهای زانویی پره راهنما ارائه شدهاند. آنها را نمیتوان به عنوان نتایج کلی برای هر مورد استفاده در نظر گرفت. برای هر سیستم تهویه واقعی یا سایر شبکههای هیدرولیکی، پارامترهای هیدرولیکی خاص، اندازه و شکل داکت، زبری و بینظمیهای ساختاری، عدم یکنواختی جریان و خواص فیزیکی دقیق گاز باید در هر نقطه محاسباتی در نظر گرفته شوند. شما میتوانید با تماس با ما، چنین محاسبهای را برای یک سیستم خاص سفارش دهید.
حالتهای طراحی زیر نشان داده شدهاند:
- بخش زانویی بدون پرههای راهنما.
- بخش زانویی با انحنای ملایم (r = ½ ارتفاع داکت) با پرههای جداکننده خمیده شعاعی. افت فشار همچنین به تعداد و هندسه جداکنندهها بستگی دارد. این مثال حداقل تعداد صفحات جداکننده با شکل بهینه را نشان میدهد.
- صفحات نازک ساده با انحنای شعاعی (ضخامت ۱۰-۲۰ میلیمتر).
- پرههای راهنمای معمولی و بهینهنشده از نزدیکترین رقبای ما.
- پرههای راهنمای TunnelTech (TTE-TV) با پروفیل بهینهشده.
مهمترین مشکل داکتهای خمیده که دارای تعداد کمی جداکننده صفحه خمیده ساده هستند (یا اصلاً پره ندارند)، توزیع فشار و سرعت در خروجی بخش زانویی است (شکل ۴، حالت ۲، مقطع خروجی را ببینید). سرعت از دیواره بیرونی به دیواره داخلی هر زیرکانال جریان افزایش مییابد و جریان غیریکنواخت، آشفتگی شدید و صدا تولید میکند. هرچه شعاع چرخش کوچکتر باشد، خطر جدایش جریان، اعوجاج میدانهای فشار و سرعت، صدای بیشتر و افت فشار بالاتر افزایش مییابد.
تنها راه غلبه بر این مشکلات، استفاده از شعاع انحنای بزرگ برای بخش زانویی و تعداد بیشتری پره جداکننده است. این امر مشکل دومی ایجاد میکند – فضای اضافی مورد نیاز برای جا دادن چنین خمهایی و هزینه مواد چندین جداکننده خمیده متناسب با مقطع داکت. در سیستمهای داکت بزرگ، خمهای با شعاع ملایم میتوانند منجر به سازههایی با ابعاد غیرمنطقی شوند که این رویکرد را در بسیاری از موارد، به ویژه در مکانهایی که فضا محدود است، غیرعملی میسازد. فضای اضافی مورد نیاز با خطوط چین در شکل ۴، حالت ۲ در زیر نشان داده شده است. ارتفاع و عرض هر چرخش باید حداقل به اندازه ½ اندازه داکت افزایش یابد. برای تونلهای باد مدار بسته، این به معنای افزایش ابعاد ساختمان به میزان چند متر در هر جهت است که هزینههای داکتکشی و سرمایهگذاری اولیه را بالا میبرد. علاوه بر این، هزینه هر جداکننده به اندازه خود دیواره داکت است.
شکل ۴. بخشهای زانویی در داکتکشی – مقایسه طراحی و عملکرد
راهحل بهینه برای تونلهای باد و تهویه صنعتی، یک شبکه مورب از پرههای راهنما با پروفیل ایرفویل است، همانطور که در شکل ۴، حالتهای ۳ تا ۵ نشان داده شده است.
تمامی تصاویر CFD بالا به عنوان نمونه برای یک بخش زانویی داکت هوا با ورودی ۲×۲ متر و سرعت جریان هوای 20 m/s است – حالتی که بیشترین ارتباط را با اسکایدایوینگ داخل تونل و تونلهای باد مادون صوت با سرعت پایین دارد.
شکل ۴، حالت ۳ یک بخش زانویی با پرههای ساده ساخته شده از ورق فلزی خمیده نازک را نشان میدهد. شکل ۴، حالت ۴ بهترین پرههای راهنمای ارائهشده توسط نزدیکترین رقبای TunnelTech را نشان میدهد. هر دو دارای وتر کوتاهتر و شکل ایرفویل بهینهنشده هستند که منجر به عدم یکنواختی جریان باقیمانده در خروجی بخش، مقاومت آیرودینامیکی بالاتر و صدای بیشتر داکت میشود. پرههای نازک ساخته شده از ورق فلزی خمیده ساده معمولاً حتی در سرعتهای پایین هوا از سطوح مجاز صدا فراتر میروند، و یک پروفیل ضخیم و کوتاه با نسبت وتر به ضخامت پایین نیز مساحت سطح کمتری دارد که در مواردی که از پرههای راهنمای خنکشونده برای انتقال حرارت استفاده میشود، یک نقطهضعف محسوب میگردد.
بخش پایینی شکل ۴، حالت ۵ یک زانوی داکت هوا مجهز به پرههای راهنمای با عملکرد بالای TunnelTech را نشان میدهد (برای سفارش، به شماره قطعه TTE-TV-90 مراجعه کنید). همانطور که مقاطع عرضی نشان میدهند، جریان با پرههای دارای پروفیل مناسب یکنواختتر است، که به معنای افت فشار کمتر و آشفتگی پایین است.
پروفیل فشار/سرعت خروجی نیز برای بخشهای زانویی TunnelTech مجهز به پرههای با وتر بلند بسیار بهتر از سایر حالتها است. نتیجه این امر، کیفیت آیرودینامیکی بینظیر TunnelTech است که در نظرات متعدد اسکایدایورهای حرفهای و سایر مشتریان منعکس شده است.
تمامی دادههای فوق، از جمله طول وتر و گزینههای خنککاری، در جدول ۱ نیز خلاصه شده است.
| حالت / نوع پره | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | طول وتر (mm) | خنککاری |
|---|---|---|---|---|
| ۱. بدون پره، چرخش تند | 114 | 0.47 | — | خیر |
| ۲. بخش زانویی با انحنای ملایم | 41 | 0.17 | > 2000 | خیر |
| ۳. صفحات نازک ساده با انحنای شعاعی | 80 | 0.33 | 250–500 | خیر |
| ۴. پرههای راهنمای نزدیکترین رقبا | 88 | 0.37 | 280 | بله |
| ۵. پرههای راهنمای بهینهشده TunnelTech | 57 | 0.24 | 500 | بله |
ضریب افت هیدرولیکی برای بخش زانویی داکت با پرههای TunnelTech و رقبا در محدوده سرعت تا 100 m/s، محاسبه شده برای هندسه و شرایط اولیه یکسان، در شکل ۵ آورده شده است.
جزئیات بیشتر در مورد افتهای هیدرولیکی در طول داکت، مقاومت موضعی و ضریب کل افت هیدرولیکی در زیر ارائه شده است.
شکل ۵. مقایسه بخشهای زانویی TunnelTech و رقبا: ضریب افت هیدرولیکی دارسی-وایسباخ برای هندسه و شرایط اولیه محاسبه یکسان.
کاهش آشفتگی برای محاسبات قابل اطمینان هیدرولیکی و ایمنی سازه
شکل ۶. بخش زانویی پره راهنمای TunnelTech: مقیاس آشفتگی (m) در 20 m/s
یک پروفیل فشار/سرعت هموار و قابل پیشبینی به ویژه در کاربردهایی که آشفتگی بالا یا جدایش جریان غیرقابل قبول است، مانند تونلهای باد آزمایشی، تأسیسات اسکایدایوینگ داخل تونل و تأسیسات پرقدرت، اهمیت دارد. این اثرات مزاحم، همراه با نوسانات فشار ناشی از جدایش جریان و آشفتگی در مقیاس بزرگ، در تأسیساتی که باید عاری از ارتعاشات ناشی از صوت باشند و در آنها هیچگونه انحراف فشار استاتیک به دلایل پایداری ساختاری داکت هوا مجاز نیست، نیز غیرقابل قبول هستند. علاوه بر این، جریان آشفته منبع رایج صدا است که عملکرد کلی سیستم و راحتی کاربر نهایی را بیشتر کاهش میدهد.
همچنین باید در نظر داشت که بینظمیهای جریان تمایل به رشد و تشدید در پاییندست دارند، مگر اینکه از یکنواختسازهای جریان، هانیکامبها، توریهای کاهش آشفتگی یا سایر دستگاههای تهویه جریان استفاده شود [1-3]. تحلیل دقیق دینامیک گاز نیازمند محاسبه مقاومت هر عنصر متوالی داکت با پروفیل واقعی فشار/سرعت ورودی تولید شده توسط عنصر قبلی شبکه هیدرولیکی است. برای شبکههای هیدرولیکی طولانی، اغلب اجرای شبیهسازی CFD از کل سیستم به دلیل اندازه بسیار بزرگ آن غیرممکن است. در چنین مواردی، از محاسبات نیمهتجربی تقریبی بر اساس اعداد جریان بدون بعد و معیارهای هندسی [4]، یا نرمافزارهای مبتنی بر چنین روشهایی استفاده میشود. به همین ترتیب، مدلسازی FEA از پایداری ساختاری داکت معمولاً با یک میدان فشار استاتیک پایدار اعمال شده به دیوارههای داکت انجام میشود. بنابراین، بینظمیهای شدید جریان که در پاییندست ایجاد میشوند، میتوانند خطاهایی را در تحلیلهای حیاتی ایمنی سازههای باربر وارد کنند.
روشهای تقریبی معمولاً با اعوجاج پروفیل سرعت در ورودی یک عنصر شبکه هیدرولیکی سروکار ندارند؛ در بهترین حالت، آنها در نظر میگیرند که آیا پروفیل کاملاً توسعهیافته است یا هنوز توسعه نیافته (یکنواخت)، و پارامترهای لایه مرزی را لحاظ میکنند. در تونلهای باد و سیستمهای تهویه صنعتی، هر چرخش جریان میتواند باعث عدم یکنواختی و چرخش شدید جریان (سویرل) شود که عدم قطعیت را در محاسبات مقاومت هیدرولیکی برای شبکههای طولانی وارد میکند. بنابراین، در صورت امکان، باید از بینظمیهای بزرگ پروفیل سرعت اجتناب کرد.
شکل ۶ و نتایج بالا نشان میدهند که بخشهای زانویی با پرههای راهنمای TunnelTech نه تنها هیچ اختلال جریان اضافی ایجاد نمیکنند، بلکه میتوانند برای میرایی چرخش جریان و عدم یکنواختی در پاییندست بخش نیز استفاده شوند. بنابراین، یک بخش زانویی پره راهنما با پرههای TunnelTech میتواند به عنوان یک یکنواختساز جریان مؤثر عمل کند، زمانی که در پاییندست یک فن محوری، دیفیوزر داکت، مبدل حرارتی، بخش تست، انشعاب داکت یا هر عنصر تولیدکننده آشفتگی دیگری نصب شود.
ضریب مقاومت موضعی
مقاومت موضعی یک زانوی چرخشی را میتوان با استفاده از معادله معروف دارسی-وایسباخ محاسبه کرد:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
که در آن:
- ΔP – افت فشار کل (کاهش فشار) بر حسب پاسکال (Pa)؛
- ξ – ضریب مقاومت موضعی (دارسی-وایسباخ)؛
- ρ – چگالی سیال (kg/m³)؛
- V – سرعت سیال در مقطع ورودی (m/s).
این پارامترها که بهرهوری انرژی داکت هوا را تعیین میکنند، به شدت به طراحی پره راهنما بستگی دارند.
بر اساس [4]، مقاومت کل یک عنصر هیدرولیکی پیچیده را میتوان به عنوان مجموع مقاومت اصطکاکی در طول آن ξL و مقاومت موضعی ξ0 نشان داد:
ξSUM = ξL + ξ0
برای یک داکت هوای مستقیم، مقاومت طولی متناسب با طول و نسبت عکس با قطر هیدرولیکی دارد، همانطور که با فرمول زیر بیان میشود:
ξL = (L / D) · f
که در آن f ضریب اصطکاک دارسی است.
برای داکتهایی با شکل ساده (مانند دایرهای، مربعی، ششضلعی)، f میتواند تنها به عنوان یک تابع غیرخطی از عدد رینولدز بیان شود – به فصل ۲ در [4] یا https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation مراجعه کنید.
ضریب اصطکاک f برای یک لوله گرد ساده (داکت دایرهای) با دیوارههای صاف، پروفیل جریان کاملاً توسعهیافته در ورودی و رژیم آشفته (اعداد رینولدز Re > 4×103) را میتوان از فرمول زیر محاسبه کرد:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
برای داکتهای واقعی، زبری دیواره نیز باید در نظر گرفته شود.
شکل ۷ در زیر، نمودار ضریب اصطکاک دارسی در برابر عدد رینولدز Re را برای مقادیر مختلف زبری نسبی دیواره نشان میدهد که اولین بار توسط نیکورادسه در [5-8] منتشر شد. این نمودار همچنین به عنوان نمودار مودی [9] یا رابطه کولبروک-وایت [10-11] شناخته میشود. مطالعه جدیدتری در مورد لولههای صاف را میتوان در [12] یافت.
این نمودار وابستگی پیچیده f(Re) را برای یک لوله گرد با مقادیر زبری مختلف نشان میدهد. برای داکتهای مربعی و سایر داکتهای غیردایرهای، این نمودار حتی پیچیدهتر است. بنابراین رژیم جریان (عدد رینولدز)، شکل داکت و زبری نسبی دیواره همگی باید در نظر گرفته شوند.
شکل ۷. نمودار مودی (یا نیکورادسه) که ضریب اصطکاک دارسی-وایسباخ fD را در برابر عدد رینولدز Re برای مقادیر مختلف زبری نسبی نشان میدهد – نمودار اصلی: S. Beck و R. Collins، دانشگاه شفیلد، به اشتراک گذاشته شده تحت CC BY-SA 4.0، wikimedia.org
برای داکتهای واقعی و زبر، هنوز هم میتوان مقاومت کل را به عنوان مجموع ξSUM = ξL + ξ0 از مقاومت طولی و مقاومت موضعی نشان داد.
تقسیم مقاومت به این مجموع، مطالعه پارامترهای داکت را ساده میکند، زیرا مقاومت موضعی ξ0 را میتوان برای یک هندسه عنصر سادهشده محاسبه کرد – به عنوان مثال، با فرمولبندی دورهای مسئله در یک دامنه محاسباتی کوچکتر، یا در یک فرمولبندی دوبعدی. به اندازه دامنه محاسباتی در مثالهای نشان داده شده در شکل ۴ توجه کنید – این بخش ۳ متر ارتفاع و ۱۸ متر طول دارد و همگرایی شبکه مناسب تنها بالای ۱۰ میلیون عنصر شبکه آغاز میشود. یک فرمولبندی دورهای یا دوبعدی از همان حالتها میتواند از یک مرتبه بزرگی عناصر شبکه کمتری استفاده کند، و محاسبه سادهشده هر نقطه سرعت روی منحنی ΔP(v) به جای ساعتها، چند دقیقه یا حتی چند ثانیه طول میکشد.
بنابراین تقسیم مقاومت به دو مؤلفه میتواند محاسبات را بسیار ساده کند – مقاومت موضعی ξ0 به سرعت تعیین میشود و سپس مقاومت طولی ξL اضافه میگردد. مورد دوم را میتوان به سرعت از جداول منتشر شده یا با فرمولهای تقریبی بر اساس اعداد بدون بعد و پارامترهای هندسه داکت تخمین زد. برای عناصر هیدرولیکی و شبکه داکت با تغییرات ناگهانی در جهت جریان (زانوهای زاویهدار، خمهای ملایم، خمهای با زوایای مختلف با و بدون پرههای راهنما)، رویکرد و روش مشابهی در فصول ۱-۶ و ۲-۶ از کتاب جامع هندبوک مقاومت هیدرولیکی [4] ارائه شده است.
مشخصات فنی
دادههای فنی جامع برای مهندسی دقیق و محاسبات عملکرد.
تکنولوژی خنککاری یکپارچه
پرههای راهنمای ما با ایجاد تحول در طراحی تونل، دارای کانالهای خنککننده داخلی یکپارچه هستند—که کارایی تبادل حرارتی برتر را بدون به خطر انداختن کیفیت جریان هوا ارائه میدهند.
- ظرفیت دفع حرارت عظیم، مقیاسپذیر از صدها کیلووات تا دهها مگاوات.
- مدیریت حرارتی کارآمد با تأثیر منفی صفر بر آشفتگی جریان هوا یا کیفیت جریان.
- مهندسی شده با شش کانال خنککاری داخلی یکپارچه در هر پره برای حداکثر کارایی حرارتی
- یکپارچهسازی بینقص با زیرساختهای خنککاری آبی صنعتی استاندارد
ویژگیهای برجسته محصول
پرههای راهنمای جریان هوای TunnelTech (محصول TTE-TV) در خط مقدم این فناوری قرار دارند و بهرهوری بینظیری را در مدیریت جریان هوا ارائه میدهند. محصولات ما برای طیف گستردهای از کاربردها، از تأسیسات اسکایدایوینگ داخل تونل و تونلهای باد گرفته تا سیستمهای HVAC و تهویه طراحی شدهاند و تجسمی از پیشرفتهترین طراحی آیرودینامیکی و بهرهوری انرژی هستند.
عملکرد بخش پره راهنما در داکتهای هوا
پرههای راهنمای با عملکرد بالای TunnelTech استاندارد صنعت را برای توان و بهرهوری آیرودینامیکی تعیین میکنند. پرههای راهنمای کممصرف ما برای به حداقل رساندن تلفات آیرودینامیکی مهندسی شدهاند و جریان هوای روان را تضمین کرده و مصرف انرژی را کاهش میدهند.
پرههای راهنمای TunnelTech دارای ویژگیهای مقاومت موضعی عالی در داکتهای هوا هستند. پارامترهای مقاومت، محاسبه شده با معادله دارسی-وایسباخ همانطور که در بالا توضیح داده شد، در شکلهای زیر (به شکل ۸ مراجعه کنید) و در دیتاشیت پره راهنما ارائه شدهاند.
به طور کلی، در مواردی که اندازه داکت نامشخص است، مقادیر برای یک عنصر ایدهآل با شرایط مرزی جانبی دورهای، بدون در نظر گرفتن اصطکاک اضافی دیواره در طول، زبری یا سایر پارامترهای موضعی داده میشود. شکل ۸ مقادیر را برای یک عنصر زانویی ایدهآل با پرههای TunnelTech نشان میدهد که برای دستهای از ۱۵ پره با شرایط مرزی دورهای به عنوان تقریبی از یک شبکه دورهای بینهایت محاسبه شده است.
شکل ۸. پره راهنمای TunnelTech: ضریب مقاومت موضعی و افت فشار متناظر.
اگر سیستم HVAC یا سایر سیستمهای هیدرولیکی از داکتهایی تشکیل شده باشد که مقطع جریان آنها به طور کلی در طول مسیر جریان تغییر نمیکند، برای محاسبات تقریبی مناسب است که مقاومت در واحد طول را تخمین زد (که البته باید در کل محدوده سرعت تخمین زده شود):
KL = ξL / L = f / Dh
که در آن Dh قطر هیدرولیکی داکت است. مقدار KL را به راحتی میتوان از کتابهای مرجع تعیین کرد، همانطور که در بالا بحث شد. ضرب آن در طول و افزودن مقادیر مقاومت موضعی ξ0 گرفته شده از دیتاشیتها یا محاسبه شده به طور مستقل، تخمین سریعی از افت فشار کل در سیستم به دست میدهد.
ξSUM = KL · L + ξ0
مثالهای نمایشی در شکل ۴ – یک داکت مربعی ۲×۲ متر با پارامترهای گاز و زبری استفاده شده در محاسبه – دارای مقاومت در واحد طول از مرتبه KL = ξL / L ~ 2.1 Pa هستند. این مقدار برای یک داکت مربعی ساده بدون خم، پره یا سایر تجهیزات داخلی اعمال میشود. در طول کامل ۲۱ متری که هوا در امتداد داکت طی میکند، این امر افت فشاری در حدود 44 Pa ایجاد میکند. افزودن مقدار از شکل ۸ (11 Pa در 20 m/s، برگرفته از دیتاشیت پره راهنما، جدول A.2.1) مقاومت کل 55 Pa را برای یک بخش داکت واقعی ۲×۲ متر با پرههای راهنما به دست میدهد. این مقدار توافق خوبی با مقدار نشان داده شده در شکل ۴، حالت ۵ دارد.
اطلاعات بیشتر در مورد روشهای تقریبی برای محاسبه مقاومت داکتها با هر شکلی بدون CFD را میتوان در [4] و منابع مشابه یافت.
توجه: مثالهای شکل ۴ تنها یک حالت خاص هستند که نحوه عملکرد پرههای راهنما را نشان میدهند و نمیتوان از آنها برای ارزیابی یک داکت دلخواه استفاده کرد. شکل ۸ کاربرد گستردهتری دارد، اما پارامترهای خاص داکت مشتری همچنان باید در نظر گرفته شوند. هر سیستم نیاز به تحلیل دقیقی دارد که میتوانید آن را از TunnelTech سفارش دهید. برای محاسبه دقیق مقاومت هیدرولیکی داکت و ارزیابی تخصصی مصرف انرژی تجهیزات تهویه یا تونل باد خود، لطفاً با ما تماس بگیرید.
اطلاعات بیشتر درباره خدمات و تحقیق و توسعه ما را میتوانید در صفحه فناوری و در بخش خدمات بیابید.
پرههای راهنما برای سرمایش و گرمایش صنعتی
محصولات ما در میان پرههای راهنما برای داکتهای هوای صنعتی منحصربهفرد هستند، زیرا میتوانند مایع خنککننده را با دبی بالا به گردش درآورند و به هوا اجازه میدهند تا هنگام عبور از داکت به طور کارآمد خنک یا گرم شود. این امر امکانات جدیدی را در تنظیم حرارت باز میکند – پرههای کنترل اقلیم داخلی و مبدلهای حرارتی درونداکتی با مقاومت پایین – که به مشتریان ما راهحلهای همهکارهای برای نیازهای جریان هوای آنها ارائه میدهد.
پرههای راهنمای ما با استفاده از روش HTCL (ضریب انتقال حرارت بر متر طول) ارزیابی میشوند، که شار حرارتی (بر حسب وات) در هر متر از طول پره راهنما به ازای هر کلوین اختلاف دمای میانگین لگاریتمی (ΔTLMTD) بین هوای خارجی و مایع خنککننده پره را کمیتسنجی میکند. این پرهها برای انتقال حرارت مؤثر در طیف وسیعی از شرایط جریان هوا مهندسی شدهاند و عملکرد پایدار و تنظیم دما را تضمین میکنند.
پارامترهای ضریب انتقال حرارت برای پرههای راهنمای آبخنک در شکل ۹ برای هوای خشک و مرطوب ارائه شده است، که در آن ΔP [kPa] اختلاف فشار آب بین پورتهای ورودی و خروجی پره است (آبی و قرمز در شکل ۱۰).
شکل ۱۰. کانالهای خنککاری پره راهنما
شکل ۹. ضریب HTCL. هوای خشک (RH = 0%) و هوای مرطوب (RH = 90% در ۳۰ درجه سانتیگراد) در اختلاف فشارهای مختلف مایع خنککننده (آب) بین پورتهای ورودی و خروجی کانال خنککننده.
پرههای راهنما برای بازیابی حرارت اتلافی
پرههای راهنمای خنکشونده با کانالهای تبادل حرارت یکپارچه، راهحلی همهکاره برای بازیابی حرارت اتلافی در کاربردهای مختلف ارائه میدهند. با ادغام در سیستمهای تبادل حرارت، این پرهها میتوانند انرژی حرارتی اضافی را که در غیر این صورت از دست میرفت، جذب کرده و به سیستمهای بازیابی حرارت منتقل کنند و بهرهوری کلی سیستم را به طور قابلتوجهی بهبود بخشند.
در عمل، این فناوری میتواند در بسیاری از زمینهها استفاده شود. به عنوان مثال، در فرآیندهای صنعتی، پرههای راهنمای خنکشونده میتوانند حرارت اتلافی را از گازهای خروجی بازیابی کرده و از آن برای پیشگرم کردن سیالات یا هوای ورودی استفاده کنند و مصرف انرژی را کاهش دهند. در سیستمهای HVAC، همین اصل در دستگاههایی مانند ونتیلاتورهای بازیابی حرارت (HRV) و ونتیلاتورهای بازیابی انرژی (ERV) اعمال میشود که حرارت را بین جریانهای هوای خروجی و تأمینی منتقل میکنند. این امر انرژی مورد نیاز برای گرم یا خنک کردن هوای ورودی را به حداقل میرساند و منجر به صرفهجویی قابلتوجهی در انرژی میشود.
پرههای راهنمای خنکشونده همچنین میتوانند در سیستمهای تولید برق و انرژیهای تجدیدپذیر ادغام شوند. به عنوان مثال، در نیروگاههای تولید همزمان برق و حرارت (CHP)، حرارت اتلافی ناشی از تولید برق بازیابی شده و برای گرمایش استفاده میشود که بهرهوری کلی سیستم را بهبود میبخشد. در سیستمهای انرژی زمینگرمایی، این پرهها میتوانند به مدیریت انرژی حرارتی استخراجشده از زمین کمک کرده و فرآیندهای انتقال حرارت را بهینه کنند.
در طرحهای انرژی سبز و تجدیدپذیر، بازیابی حرارت اتلافی نقش مهمی در کاهش ردپای کربن و بهبود پایداری سیستمهای انرژی ایفا میکند. این رویکرد همسو با اصول تولید ناب است و بهرهوری منابع را بهبود بخشیده و هزینههای عملیاتی را از طریق مدیریت مؤثر حرارت کاهش میدهد. علاوه بر این، در پروژههای ESG، اتخاذ چنین فناوریهایی نشاندهنده تعهد به حداقل رساندن اثرات زیستمحیطی و بهینهسازی استفاده از منابع، در راستای اهداف گستردهتر پایداری است.
بازیابی حرارت – پروژههای مرتبط
TunnelTech تجربه گستردهای در ارائه پروژههای تبادل حرارت و HVAC طراحی شده برای بازیابی حرارت اتلافی با پرههای راهنمای خنکشونده دارد. با ادغام این پرهها در سیستمهای تبادل حرارت که برای جذب و استفاده مجدد از انرژی حرارتی (که در غیر این صورت از دست میرفت) مهندسی شدهاند، TunnelTech امکان بازیابی مؤثرتر حرارت اتلافی را از طیف وسیعی از فرآیندهای صنعتی و تجاری فراهم میکند. این امر نه تنها بهرهوری انرژی را بهبود میبخشد، بلکه با کاهش مصرف انرژی و هزینههای عملیاتی، از اهداف پایداری نیز پشتیبانی میکند.
کاربردها
پرههای راهنمای ما در طیف گستردهای از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار میگیرند
سیستمهای HVAC
| ساختمانهای تجاری | بهینهسازی داکتها؛ بهرهوری انرژی؛ کاهش هزینههای عملیاتی؛ سلامت و ایمنی بهتر از طریق کنترل کارآمد کیفیت و دمای هوا |
| مجتمعهای مسکونی | محیطهای زندگی راحت با کیفیت و جریان هوای بهینه؛ سلامت و ایمنی بهتر |
| مراکز داده | پرههای راهنمای مدیریت حرارتی، سطوح حیاتی دما و رطوبت مورد نیاز برای عملکرد و طول عمر سرورها را حفظ میکنند |
سیستمهای تهویه مهندسی عمران
| بیمارستانها و مراکز درمانی | پرههای راهنمای کمصدا کنترل حیاتی کیفیت هوا را برای محافظت از بیماران و کارکنان فراهم میکنند؛ سلامت و ایمنی بهتر از طریق کنترل کارآمد کیفیت و دمای هوا |
| مؤسسات آموزشی | محیطهای آموزشی بهتر از طریق بهبود گردش هوا |
کنترل محیطی
| الکترونیک، بیوتکنولوژی، صنایع غذایی و سایر تأسیسات پیشرفته / اتاقهای تمیز | کنترل دما و رطوبت برای تولیدات پیشرفته و حساس؛ پرههای راهنمای تهویه مطبوع استانداردهای سختگیرانه جریان هوا را برای تولید و تحقیق حفظ میکنند |
| سالنهای ورزشی | راحتی و ایمنی برای ورزشکاران و تماشاگران |
کاربردهای صنعتی و تخصصی
| ساخت و نگهداری تونل | کیفیت هوای بهتر و ایمنی برای کارگران در محیطهای تونلی |
| تأسیسات صنعتی | بهینهسازی داکتها؛ بهرهوری انرژی؛ توسعه پایدار؛ کاهش هزینههای عملیاتی |
| ریختهگریها و تأسیسات صنعتی سنگین | بهرهوری انرژی؛ کاهش هزینههای عملیاتی؛ بازیابی حرارت اتلافی؛ کربنزدایی و ESG؛ داکتهای هوای HVAC صنعتی سنگین؛ مدیریت حرارتی |
| مهندسی دریایی | بهبود تهویه در کشتیها و زیردریاییها برای راحتی خدمه و قابلیت اطمینان تجهیزات |
| معدن و ساختوسازهای زیرزمینی | تهویه ضروری برای معادن و سایر سازههای زیرزمینی، کاهش خطر شرایط خطرناک |
هر یک از این کاربردها به طور قابلتوجهی از طراحی پیشرفته و عملکرد پرههای راهنمای TunnelTech بهره میبرند که جهشی رو به جلو در مدیریت کارآمد جریان هوا محسوب میشود. با انتخاب پرههای راهنمای کمدرگ TunnelTech، مشتریان میتوانند انتظار داشته باشند که نه تنها به اهداف عملکردی سیستم خود دست یابند، بلکه از آنها فراتر روند، در حالی که
- •کاهش مصرف انرژی* تا ۳۰٪
- •کاهش صدا* تا ۶۰٪، در مقایسه با داکتهای هوای معمولی.
* نتایج تجربی برای هندسه تونل باد TT45 PRO.
برای پرسوجو و کسب اطلاعات بیشتر درباره نحوه سفارشیسازی پرههای راهنمای ما بر اساس نیازهای خاص شما، لطفاً با تیم ما تماس بگیرید. اجازه دهید TunnelTech شریک شما در دستیابی به مدیریت بهینه جریان هوا باشد.
نصب و نگهداری
- •ابعاد و مشخصات
ابعاد داکت و مشخصات پره راهنما را قبل از نصب بررسی کنید
- •گزینههای نصب
موجود در پیکربندیهای گیرهای، پیچی و جوشی
- •جابجایی بار
دستورالعملهای جابجایی بار را برای حمل و نقل و موقعیتیابی ایمن دنبال کنید
- •نصب گام به گام
دستورالعملهای دقیق نصب همراه با تحویل هر محصول ارائه میشود
- •برنامه بازرسی
بازرسیهای چشمی منظم برای اطمینان از همترازی پره و یکپارچگی ساختاری
- •روشهای تمیزکاری
تمیزکاری دورهای برای پاک کردن گرد و غبار و تجمع زباله روی سطوح پره
- •نظارت بر استهلاک و فرسودگی
نظارت بر علائم خوردگی، فرسایش، یا آسیب مکانیکی
- •راهنمای عیبیابی
رسیدگی به مشکلات رایج مانند ارتعاش، صدا، یا کاهش بهرهوری جریان هوا
مستندات
اطلاعات فنی در مورد مجموعههای بخش زانویی تونل باد TunnelTech و پارامترهای پرههای راهنما در یک دیتاشیت جامع شامل محصولات TTE-TSA و TTE-TV در دسترس است. این مستندات شامل گزینههای طراحی، مقاومتهای موضعی برای زانوهای ۹۰ درجه افقی و عمودی، و پارامترهای هیدرولیکی و انتقال حرارت برای پرههای راهنمای خنکشونده است.
دانلود دیتاشیت TTE-TSA (PDF)منابع و نشریات مرتبط
اطلاعات بیشتر در مورد طراحی و بهینهسازی پرههای راهنما برای تونلهای باد، داکتکشی صنعتی، داکتهای HVAC و تجهیزات مدیریت جریان هوا، یکنواختسازهای جریان فن و غیره را میتوانید در لینکهای زیر بیابید:
- 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.
همچنین ببینید:
- نمودار مودی: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- دارسی-وایسباخ: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- ضریب اصطکاک: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- افت اصطکاکی: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss