Johdanto ohjaussiipiin
Ilmavirran hallinnan alalla kanavien kulmien suunnittelulla on keskeinen rooli ilmanvaihdon, LVI-järjestelmien ja tuulitunnelien tehokkuudessa ja toimivuudessa. Kun ilma pakotetaan tekemään jyrkkä käännös, kuten kanavistoissa usein vaaditaan, se kohtaa lisääntyneen hydraulisen vastuksen, mikä johtaa suurempiin painehäviöihin ja turbulenssiin. Tämä ei ainoastaan vaaranna järjestelmän tehokkuutta vaatimalla enemmän energiaa ilmavirran ylläpitämiseksi, vaan vaikuttaa myös kanaviston rakenteelliseen eheyteen turbulenttien virtausten aiheuttamien epätasaisten paineiden vuoksi.
Tässä vaiheessa ohjaussiivet (turning vanes), jotka tunnetaan myös nimillä kulmasiivet tai käännössiivet, astuvat kuvaan (kuva 1). Kanavan kulmiin asennettaviksi suunnitellut kulmasiivet antavat ilman navigoida käännöksen läpi minimaalisella vastuksella, vähentäen tehokkaasti painehäviöitä ja lieventäen turbulenssia ilman tasaisten sädemutkien vaatimaa lisätilaa. Tämä tekee ohjaussiivistä ihanteellisen ratkaisun ilmavirran tehokkaaseen hallintaan kompaktissa tilassa.
Kuva 1. Tunnel Tech -ohjaussiipien kulmaosakokoonpano
Korkean suorituskyvyn ohjaussiipiosat kilpailevat yleisten LVI-ratkaisujen kanssa.
Perinteinen ratkaisu mainittujen haitallisten ilmiöiden, kuten lisääntyneen turbulenssin, painehäviön ja melun, voittamiseksi jyrkästi kaarevassa kanavassa on suunnitella säteittäisiä kanavamutkia (kuva 2 ja kuva 4, tapaus 2). Vaikka nämä mutkat ovat jossain määrin tehokkaita turbulenssin, melun ja painehäviöiden lieventämisessä (jotka ovat yleisiä jyrkässä mutkassa, kuten nähdään kuvassa 4, tapaus 1), niillä on omat ongelmansa.
Useita perinteisiä ilmanvaihtokanavistoja, joissa on tasaisesti kaarevasta metallilevystä valmistettu käännös taivutetuilla virtauksenohjaimilla, on esitetty kuvassa 2 vasemmalla. Kuva edustaa muutamia esimerkkejä vakiovaihtoehdoista, joita käytetään yleisesti LVI-kanavissa, esim. DW144-kanavistostandardien mukaisesti.
Tällaiset kanavaratkaisut ovat yleisiä ja kustannustehokkaita pienissä sovelluksissa rakennustekniikassa, pienyrityksissä ja pienitehoisissa LVI-järjestelmissä, joissa energiakustannukset eivät ole merkittävä tekijä. Tämä suunnittelu ei kuitenkaan ole hyvä ratkaisu ilmanvaihto- ja jäähdytysjärjestelmiin keski- ja suuressa mittakaavassa sekä suuritehoisessa sähköntuotannossa, metallurgiassa, turbokoneissa, lämmönvaihtimissa, hukkalämmön talteenotossa ja nykyaikaisissa vihreän ja uusiutuvan energian sovelluksissa, joissa hydraulinen tehokkuus ja energiansäästö ovat välttämättömyys.
Ei kuitenkaan ole tarpeen rakentaa räätälöityä epätyypillistä kanavaa joka kerta, kun hydraulisen verkoston energiankulutus on optimoitava täydellisyyteen. Sama kuva 2 oikealla näyttää muunnelman Tunnel Techin diagonaalisesta ohjaussiipiosasta, joka on energiatehokas, vähämeluinen ja vähäturbulenssinen, täyttäen samalla LVI-järjestelmien alan standardit, mutta jota voidaan käyttää myös suuren mittakaavan ja suuritehoisissa teollisissa käyttötapauksissa. Esimerkki suuren mittakaavan laitoksesta, johon diagonaalinen kääntösiipiosa voidaan helposti integroida, on esitetty kuvassa 3.
Kuva 2. Perinteinen keskikokoinen LVI-järjestelmän tasainen mutka metallilevystä valmistetulla jakosiivellä, DW144-standardi (vasemmalla), ja korkean suorituskyvyn Tunnel Tech -ohjaussiipien diagonaalinen kokoonpano vakioilmakanaville (oikealla).
Kuva 3. Suuren mittakaavan Tunnel Tech -ilmakanavien kääntöosat tuulitunneleihin, sähköntuotantoon ja teollisiin sovelluksiin.
Ohjaussiipien suunnittelu painehäviön, turbulenssin ja melun vähentämiseksi
Eri kääntökulmamallien vertailemiseksi painehäviöt (ΔP) ja CFD-simuloidut virtauskuviot on esitetty alla olevassa kuvassa 4. Sisääntulon ilmanvirtausnopeudeksi valittiin 20 m/s ja kanavaksi 2×2 m neliökanava havainnollistavana esimerkkinä. 20 m/s nopeusalue valittiin havainnollistamistarkoituksessa, sillä normaalisti ammattilaistason vertikaaliset tuulitunnelit sisävarjohyppyihin toimivat suurimman osan ajasta tiloissa, joissa virtausnopeus kääntöosassa vaihtelee 10 ja 30 m/s välillä. CFD-laskelmat suoritettiin 1 standardi-ilmakehässä 20 °C:ssa ja nollankosteudessa kokoonpuristuvalla kaasulla ja adiabaattisella seinämällä, jonka karheus oli 250 µm. Verkkona käytettiin 6–10 miljoonaa solua per alue. Sisääntulorajalla sovellettiin tasaista sisääntuloprofiilia ja 2 % turbulenssia. Turbulenssia käsiteltiin k-ε-mallilla.
HUOM! Huomaa, että kuvassa 4 esitetyt kuvitukset ovat yksittäisiä esimerkkejä, jotka on esitetty ainoastaan toimintaperiaatteiden havainnollistamiseksi ja muutamien kääntökulmaosien tyyppien vertailemiseksi. Näitä tapauksia ei voida pitää yleispätevinä aivan jokaiseen käyttötapaukseen. Jokaisessa todellisessa ilmanvaihtojärjestelmässä tai muussa hydraulisessa verkossa on otettava huomioon erityiset hydrauliset parametrit, kanavan koko ja muoto, karheus ja rakenteelliset epäsäännöllisyydet, virtauksen epähomogeenisuudet ja tarkat fysikaaliset kaasuparametrit jokaisessa laskentapisteessä. Voit tilata tällaisen laskelman tietylle järjestelmälle ottamalla meihin yhteyttä.
Seuraavat suunnittelutapaukset on kuvattu:
- Kulmaosa ilman ohjaussiipiä.
- Tasaisesti kaareva kulmaosa (r = ½ kanavan korkeudesta) säteittäisesti taivutetuilla virtauksenohjaimilla. Painehäviö riippuu myös kanavan välikappaleiden määrästä ja geometriasta. Esimerkissä on esitetty minimoitu määrä optimaalisen muotoisia ilmavirran jakolevyjä.
- Yksinkertaiset säteittäisesti kaarevat ohuet levyt (10-20 mm paksut).
- Lähimpien kilpailijoiden tyypilliset optimoimattomat ohjaussiivet.
- Tunnel Techin ohjaussiivet (TTE-TV) optimoidulla profiililla.
Pyöreästi kaarevien kanavien, joissa on pieni määrä yksinkertaisia taivutettuja levyerottimia (tai ei ohjaussiipiä lainkaan), merkittävin ongelma on paineen ja nopeuden jakautumiskuvio kääntöosan ulostulossa (kuva 4, tapaus 2, katso ulostulon poikkileikkaus). Tämä kuvio osoittaa, että nopeus kasvaa kunkin virtauksen osa-alueen ulkoseinämästä sisäseinämään, mikä johtaa epätasaiseen virtaukseen, suureen turbulenssiin ja meluun. Mitä pienempi kääntösäde on, sitä suurempi on virtauksen irtoamisen, paine- ja nopeuskentän vääristymisen, melutason ja painehäviön arvon mahdollisuus.
Ainoa tapa voittaa nämä ongelmat on tällaisen kulmaosan suuri kaarevuussäde ja ilmavirran ohjaussiipien määrän lisääminen. Tässä tulee esiin toinen ongelma – tällaisten mutkien vaatima lisätila ja useiden säteittäisten, kanavan poikkileikkauksen kokoisten ilmakanavan välikappaleiden materiaalikustannukset. Suurissa kanavajärjestelmissä tasaisten sädemutkien toteuttaminen voi johtaa kohtuuttoman suuriin rakenteisiin, mikä tekee tästä lähestymistavasta epäkäytännöllisen monissa skenaarioissa, erityisesti silloin, kun tilasta on pulaa. Tarvittava lisätila on osoitettu katkoviivoilla alla olevassa kuvassa 4, tapaus 2. Kunkin käännöksen korkeutta ja leveyttä on lisättävä vähintään ½ kanavan koosta. Suljetun kierron tuulitunneleissa tämä tarkoittaa rakennuksen mittojen kasvamista useilla metreillä joka suuntaan, mikä johtaa korkeampiin kanavistokustannuksiin ja suurempiin pääomainvestointeihin. Lisäksi jokainen virtauksenjakaja maksaa yhtä paljon kuin kanavan seinämä.
Kuva 4. Ilmakanaviston kulmaosat - suunnittelun ja suorituskyvyn vertailu
Optimaalinen ratkaisu tuulitunneleihin ja teolliseen ilmanvaihtoon ovat kääntöosan ohjaussiivet, joissa on siipiprofiili ja jotka on sijoitettu diagonaalisesti, kuten on esitetty kuvassa 4, tapaukset 3-5.
Kaikki yllä olevat CFD-kuvat vastaavat ilmakanavan kulmaosaa, jossa on 2x2 m sisääntulo ja 20 m/s ilmanvirtausnopeus. Tämä on esimerkki, joka on olennaisin sisävarjohyppyjen ja matalan nopeuden aliläänisten tuulitunnelien käyttötapauksissa.
Kuvan 4 tapaus 3 näyttää kulmaosan, jossa on yksinkertaiset ohuista taivutetuista metallilevyistä valmistetut ohjaussiivet. Kuvan 4 tapaus 4 on paras esimerkki TunnelTechin lähimpien kilpailijoiden tarjoamista ohjaussiivistä. Molemmissa on pienempi jänteen pituus ja optimoimaton siipiprofiili, mikä johtaa jäännösvirtauksen epätasaisuuteen osan ulostulossa, suurempaan aerodynaamiseen vastukseen ja ilmakanavan meluun. Yksinkertaisista taivutetuista metallilevyistä valmistetut ohuet siivet ylittävät yleensä sallitut melutasot jopa alhaisella ilman nopeudella, ja vaihtoehdolla, jossa on paksu ja lyhyt profiili sekä alhainen jänteen ja paksuuden suhde, on myös pienempi pinta-ala, mikä ei ole toivottavaa sovelluksissa, joissa jäähdytettyjä ohjaussiipiä käytetään lämmönsiirtoon.
Kuvan 4 tapauksen 5 alaosassa on esitetty ilmakanavan kulma, joka on varustettu korkean suorituskyvyn Tunnel Tech -ohjaussiivillä (tilausta varten katso seuraava osanumero: TTE-TV-90). Kuten poikkileikkauksista voidaan nähdä, virtaus on tasaisempi oikein profiloitujen ohjaussiipien tapauksessa, mikä johtaa pienempään painehäviöön ja vähäiseen turbulenssiin.
Ulostuloilman paine-/nopeusprofiili on myös paljon parempi Tunnel Techin pitkäjänteisillä siivillä varustetuissa kulmaosissa kuin muissa tapauksissa. Tämä johtaa Tunnel Techin vertaansa vailla olevaan aerodynaamiseen laatuun, mikä heijastuu ammattilaistason laskuvarjohyppääjien ja muiden asiakkaiden lukuisissa arvosteluissa.
Kaikki yllä käsitellyt tiedot, mukaan lukien jänteen pituus ja jäähdytysvaihtoehdot, ovat saatavilla myös <strong>taulukossa 1</strong>.
| Tapaus / Siipityyppi | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Jänteen pituus (mm) | Jäähdytys |
|---|---|---|---|---|
| 1. Ei siipiä, jyrkkä käännös | 114 | 0.47 | — | Ei |
| 2. Tasaisesti kaareva kulmaosa | 41 | 0.17 | > 2000 | Ei |
| 3. Yksinkertaiset säteittäisesti kaarevat ohuet levyt | 80 | 0.33 | 250–500 | Ei |
| 4. Lähimpien kilpailijoiden ohjaussiivet | 88 | 0.37 | 280 | Kyllä |
| 5. Tunnel Techin optimoidut ohjaussiivet | 57 | 0.24 | 500 | Kyllä |
Hydraulisen häviökertoimen arvot nopeusalueelle 100 m/s asti kanavan kääntöosalle TunnelTechin ja kilpailijoiden siivillä, ilman lähtötietojen valinnasta johtuvaa vaihtelua, on esitetty kuvassa 5.
Lisätietoja hydraulisista häviöistä kanavan pituudella, paikallisesta vastuksesta ja kokonaishydraulisesta häviökertoimesta on annettu jäljempänä.
Kuva 5. Tunnel Techin ja kilpailijan kääntöosan vertailu. Darcy-Weisbachin hydraulinen häviökerroin samalle geometrialle ja alkuperäisille laskentaolosuhteille.
Turbulenssin lieventäminen luotettavia hydraulisia ja rakenteellisia turvallisuuslaskelmia varten
Kuva 6. Tunnel Techin kulmasiipiosan turbulenssiasteikko (m) @ 20 m/s
Tasainen ja ennustettava paine-/nopeusprofiili on erityisen tärkeä sovelluksissa, joissa korkea turbulenssi tai virtauksen irtoaminen ei ole hyväksyttävää, kuten kokeellisissa tuulitunneleissa, sisävarjohyppylaitoksissa ja suurtehosovelluksissa. Nämä loisilmiöt, samoin kuin virtauksen irtoamisen ja suuren mittakaavan turbulenssin aiheuttamat painepulsaatiot, ovat myös ei-hyväksyttäviä asennuksissa, jotka edellyttävät akustisesti indusoitujen värähtelyjen puuttumista ja joissa staattisen paineen poikkeamia ei sallita ilmakanavan rakenteellisen vakauden vaatimusten vuoksi. Lisäksi nämä turbulentit virtaukset ovat yleinen melunlähde, mikä heikentää entisestään järjestelmän yleistä suorituskykyä ja loppukäyttäjille tarjottavaa mukavuutta.
On myös otettava huomioon, että virtauksen epäsäännöllisyyksillä on taipumus kehittyä ja voimistua edelleen, jos ei käytetä erityisiä suoristimia, hunajakennorakenteita, turbulenssia vähentäviä verkkoja tai muita ilmavirran hallintalaitteita [1-3]. Tarkka kaasudynaaminen analyysi edellyttää kunkin seuraavan ilmakanavaelementin vastuksen laskemista ottaen huomioon todellinen sisääntulon paine-/nopeusprofiili, joka syntyy hydraulisen verkoston edellisessä elementissä. Pitkille hydraulisille verkostoille on usein mahdotonta suorittaa koko järjestelmän CFD-simulaatiota valtavien mittojen vuoksi. Tällaisessa tilanteessa käytetään likimääräisiä puoliempiirisiä laskelmia, joihin sisältyy nesteen/kaasun dimensiottomia lukuja ja geometriakriteerejä [4], tai tällaisiin menetelmiin perustuvia ohjelmistoja. Myös FEA-mallinnus kanavan rakenteellisen vakauden määrittämiseksi suoritetaan tyypillisesti vakaalla staattisella painekentällä, joka kohdistuu kanavan seinämiin. Siten alavirtaan kehittyvät vakavat virtauksen epäsäännöllisyydet voivat myös tuoda virheitä kantavien rakenteiden turvallisuuskriittisiin tutkimuksiin.
Likimääräiset menetelmät eivät yleensä käsittele nopeusprofiilin vääristymistä hydraulisen verkoston elementin sisääntulossa, ja parhaimmillaankin ne ottavat huomioon vain sen, onko profiili kehittynyt vai ei vielä kehittynyt (tasainen), sekä rajakerroksen parametrit. Tuulitunneleissa ja teollisissa ilmanvaihtojärjestelmissä jokainen virtauksen käännös voi aiheuttaa epätasaisuutta ja voimakasta virtauksen pyörteilyä, mikä johtaa epävarmuuteen hydraulisen vastuksen laskelmissa pitkissä hydraulisissa verkostoissa. Siksi, missä mahdollista, tulisi välttää suurten nopeusprofiilin epäsäännöllisyyksien syntymistä.
Kuvasta 6 ja edellä esitetystä voidaan nähdä, että TunnelTech-ohjaussiivillä varustettujen kääntöosien parametrit ovat sellaisia, että ne eivät luo ylimääräisiä virtaushäiriöitä, vaan niitä voidaan käyttää myös vaimentamaan pyörteitä ja epätasaisuutta kääntöosan alavirtaan. Siten TunnelTech-siivillä varustettu kääntöosa voi toimia myös tehokkaana virtaussuoristimena, kun se asennetaan aksiaalipuhaltimen, kanavadiffuusorin, lämmönvaihtimen, testiosuuden, kanavan haaroituksen tai liitännän tai minkä tahansa muun turbulenssia aiheuttavan kohteen jälkeen.
Paikallinen vastuskerroin
Kääntökulman paikalliset vastusominaisuudet voidaan laskea käyttämällä tunnettua Darcy-Weisbachin yhtälöä:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Missä:
- ΔP – kokonaispainehäviöt (paineen alenema) yksikössä Pa;
- ξ – paikallinen vastuskerroin (Darcy-Weisbach);
- ρ – nesteen/kaasun tiheys (kg/m³);
- V – nesteen/kaasun nopeus sisääntulon poikkileikkauksessa (m/s).
Nämä parametrit, jotka määrittävät ilmakanavan energiatehokkuuden, ovat erittäin riippuvaisia ohjaussiipien suunnittelusta.
Lähteen [4] mukaan monimutkaisen hydraulisen elementin kokonaisvastus voidaan esittää pituuden kitkavastuksen ξL ja paikallisen vastuksen ξ0 summana:
ξSUM = ξL + ξ0
Suoraviivaiselle ilmakanavalle pituusvastus on verrannollinen pituuteen ja kääntäen verrannollinen hydrauliseen halkaisijaan, mikä ilmaistaan kaavalla:
ξL = (L / D) · f
jossa f on Darcy-kitkakerroin.
Yksinkertaisen muotoisten putkien (esim. pyöreä, neliö, kuusikulmainen) tapauksessa f voidaan ilmaista epälineaarisena riippuvuutena vain Reynoldsin luvusta – katso luku 2 lähteessä [4] tai https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Kitkakerroin f yksinkertaiselle pyöreälle putkelle (pyöreä kanava), jossa on sileät seinämät, kehittynyt stabiloitu virtausprofiili sisääntulossa ja turbulentti tila (Reynoldsin luvut Re > 4×103), voidaan laskea kaavalla:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Todellisissa kanavissa on otettava huomioon myös karheus.
Alla oleva kuva 7 näyttää Darcy-kitkakertoimen suhteessa Reynoldsin lukuun Re eri suhteellisilla seinämän karheuksilla, jonka Nikuradze julkaisi ensimmäisen kerran lähteissä [5-8]. Tämä kuvaaja tunnetaan myös Moodyn diagrammina [9] tai Colebrook-Whiten korrelaationa [10-11]. Nykyaikainen tutkimus sileille putkille löytyy lähteestä [12].
Tämä diagrammi näyttää f(Re):n monimutkaisen riippuvuuden pyöreälle putkelle, jolla on eri karheuksia. Neliömäisille ja muille ei-pyöreille putkille diagrammi on monimutkaisempi. Siten virtausolosuhteet (Reynoldsin luku), kanavan muoto ja suhteellinen seinämän karheus on otettava huomioon.
Kuva 7. Moodyn (eli Nikuradzen) diagrammi, joka näyttää Darcy-Weisbachin kitkakertoimen fD suhteessa Reynoldsin lukuun Re eri suhteellisilla karheuksilla – Alkuperäinen diagrammi: S Beck ja R Collins, Sheffieldin yliopisto, Jaettu CC BY-SA 4.0 -lisenssillä, wikimedia.org
Todellisten karheiden kanavien tapauksessa on edelleen mahdollista esittää kokonaisvastus pituusvastuksen ja paikallisen vastuksen summana ξSUM = ξL + ξ0.
Tämä summan esitystapa yksinkertaistaa kanavaparametrien tutkimista, koska paikallinen vastus ξ0 voidaan laskea yksinkertaistetulle elementtigeometrialle – esimerkiksi ongelman jaksollisessa muotoilussa pienemmällä laskenta-alueella tai ongelman 2D-versiossa. Huomaa kuvassa 4 esitettyjen esimerkkien laskenta-alueen valtava koko, jossa osan korkeus on 3 ja pituus 18 metriä, ja verkon konvergenssi alkaa näkyä riittävästi yli 10 miljoonan verkkoelementin koossa. Ongelman muotoilun muunnelmalla, jossa on jaksolliset tai 2D-olosuhteet näille tapauksille, voisi olla suuruusluokkaa pienempi määrä verkkoelementtejä, ja kunkin nopeuspisteen yksinkertaistettu laskenta ΔP(v)-kuvaajalle kestäisi vain minuutteja tai jopa sekunteja tuntien sijaan.
Siten jakaminen kahden vastuksen summaksi voi merkittävästi yksinkertaistaa laskelmia – paikallinen vastus ξ0 voidaan määrittää nopeasti ja sen jälkeen voidaan lisätä pituusvastus ξL. Jälkimmäinen voidaan arvioida nopeasti tunnetuista taulukoista tai likimääräisillä kaavoilla käyttäen yksinkertaistettuja yhtälöitä, jotka perustuvat dimensiottomiin lukuihin ja ilmakanavan geometriaparametreihin. Hydrauliikka- ja kanavaverkoston elementeille, joissa on äkillisiä muutoksia virtaussuunnassa (kulmikkaat kyynärpäät, tasaiset mutkat, mutkat eri kulmissa ohjaussiivillä ja ilman), vastaava lähestymistapa ja menetelmä on esitetty luvuissa 6-1 ja 6-2 kattavassa Handbook of hydraulic resistance -teoksessa [4].
Tekniset tiedot
Kattavat tekniset tiedot tarkkaa suunnittelua ja suorituskykylaskelmia varten.
Integroitu jäähdytysteknologia
Tunnelisuunnittelua mullistavat ohjaussiipemme sisältävät integroidut sisäiset jäähdytyskanavat – tarjoten ylivoimaisen lämmönvaihtotehokkuuden tinkimättä ilmavirtauksen laadusta.
- Massiivinen lämmönhaihdutuskapasiteetti, skaalautuen sadoista kilowateista kymmeniin megawatteihin.
- Tehokas lämmönhallinta ilman haitallista vaikutusta ilmavirtauksen turbulenssiin tai virtauksen laatuun.
- Suunniteltu kuudella integroidulla sisäisellä jäähdytyskanavalla per siipi maksimaalisen termisen tehokkuuden saavuttamiseksi
- Saumaton integrointi standardeihin teollisiin vesijäähdytysinfrastruktuureihin
Tuotteen kohokohdat
Tunnel Techin ilmavirran ohjaussiivet (TTE-TV-tuote) ovat tämän teknologian eturintamassa, tarjoten vertaansa vailla olevaa tehokkuutta ilmavirran hallinnassa. Tuotteemme on suunniteltu laajaan valikoimaan sovelluksia sisävarjohyppylaitoksista ja tuulitunneleista LVI- ja ilmanvaihtojärjestelmiin, ilmentäen aerodynaamisen suunnittelun ja energiatehokkuuden huippua.
Ohjaussiipiosan suorituskyky ilmakanavissa
Tunnel Techin korkean suorituskyvyn ilmavirran ohjaussiivet asettavat alan standardin teholle ja aerodynaamiselle tehokkuudelle. Energiaa säästävät ohjaussiipemme on suunniteltu minimoimaan aerodynaaminen kitka, varmistaen tasaisen ilmavirran ja vähentäen energiankulutusta.
TunnelTechin ohjaussiivillä on erinomaiset ilmakanavan paikallisen vastuksen ominaisuudet. Vastusparametrit, jotka on laskettu Darcy-Weisbachin yhtälöllä, kuten edellä on kuvattu, on esitetty seuraavissa kuvissa (katso kuva 8 alla) ja ohjaussiipien tietolehdessä.
Yleisesti ottaen tapauksessa, jossa kanavan kokoa ei tunneta, arvot annetaan idealisoidulle elementille, jolla on jaksolliset sivuttaiset reunaehdot, ottamatta huomioon pituuden myötä syntyvän ylimääräisen seinämävastuksen, karheuden ja muiden paikallisten parametrien vaikutusta. Kuvassa 8 on annettu arvot idealisoidulle kääntökulmaelementille Tunnel Tech -siivillä, joka laskettiin 15 siiven pinon äärettömän jaksollisen sekvenssin approksimaatiossa jaksollisilla reunaehdoilla.
Kuva 8. Tunnel Tech -ohjaussiiven paikallinen vastuskerroin ja vastaava painehäviö.
Jos LVI- tai muu hydraulinen järjestelmä koostuu kanavista, jotka eivät yleensä muuta virtausalueen poikkileikkauksen muotoa virtausreitin varrella, on kätevää arvioida pituusyksikkökohtainen vastus likimääräisiä laskelmia varten (arvioitava tietysti koko nopeusalueelle):
KL = ξL / L = f / Dh
jossa Dh on kanavan hydraulinen halkaisija. KL:n arvo on helppo määrittää hakuteoksista, kuten edellä on käsitelty. Siten kertomalla tämä pituudella ja lisäämällä tietolehdistä saadut tai itsenäisesti lasketut paikalliset vastusarvot ξ0, on mahdollista arvioida nopeasti järjestelmän kokonaispainehäviö.
ξSUM = KL · L + ξ0
Yllä olevissa kuvassa 4 esitetyissä havainnollistavissa esimerkeissä 2×2 metrin neliökanavasta, jossa on käytetty laskennassa kaasuparametreja ja karheutta, pituusyksikkökohtainen vastus on suuruusluokkaa K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2,1 Pa. Tämä arvo pätee arvioitaessa neliökanavaa ottamatta huomioon mutkia, siipiä tai muita sisäisiä laitteita. Koko 21 metrin pituudelle, jonka ilmamassa kulkee kanavaa pitkin, saadaan painehäviöksi ~44 pascalia. Lisäämällä tähän kuvassa 8 esitetty arvo (11 Pa nopeudella 20 m/s otettuna ohjaussiipien tietolehden (taulukko A.2.1) mukaisesti) saadaan kokonaisvastukseksi 55 Pa todelliselle 2×2 neliökanavaosalle, jossa on kääntösiivet. Tämä arvo on hyvin yhdenmukainen kuvassa 4, tapaus 5 esitetyn arvon kanssa.
Lisätietoja likimääräisistä tavoista laskea minkä tahansa muotoisten kanavien vastuksia ilman CFD-menetelmiä löytyy helposti lähteestä <a href="#references">[4]</a> tai vastaavasta kirjallisuudesta.
HUOM! Huomaa, että kuvassa 4 esitetyt esimerkit ovat vain erikoistapaus kääntösiipien toiminnan havainnollistamiseksi, eikä niitä voida käyttää mielivaltaisen kanavan arviointiin! Kuva 8 on sovellettavissa laajemmassakin kontekstissa, mutta asiakkaan kanavan erityisparametrit on otettava huomioon. Jokainen erityinen järjestelmä vaatii yksityiskohtaisen analyysin, jonka voit tilata Tunnel Techiltä. Saadaksesi tarkan laskelman kanavan hydraulisesta vastuksesta ja asiantuntija-arvion ilmanvaihto- tai tuulitunnelilaitteistosi energiankulutuksesta, ota meihin yhteyttä.
Lisätietoja palveluista sekä tutkimuksesta ja kehityksestä löytyy myös Teknologia-sivulta ja Palvelut-osiosta.
Ohjaussiipi teolliseen jäähdytykseen ja lämmitykseen
Ainutlaatuisena teollisten ilmakanavien ohjaussiipien joukossa tuotteemme tarjoavat mahdollisuuden kierrättää jäähdytysnestettä suurella virtausnopeudella, mikä mahdollistaa ilman tehokkaan jäähdytyksen tai lämmityksen sen kulkiessa kanavan läpi. Tämä ominaisuus avaa uusia mahdollisuuksia lämmönsäätelyssä sisäilmaston hallintasiipien ja matalavastuksisten ilmakanavaan integroitujen lämmönvaihtimien käytölle, tarjoten asiakkaillemme monipuolisia ratkaisuja heidän ilmavirtaustarpeisiinsa.
Arvioituna käyttäen HTCL (Heat Transfer Coefficient per Linear meter) -laskentamenetelmää, joka kvantifioi lämpövirran (watteina) ohjaussiiven pituusmetriä kohti jokaista ulkoilman ja kulmasiiven jäähdytysnesteen välistä logaritmisen keskilämpötilaeron (ΔTLMTD) kelviniä kohden, ohjaussiipemme on suunniteltu tehokkaaseen lämmönpoistoon erilaisissa virtausolosuhteissa, taaten vakaan suorituskyvyn ja lämpötilan säädön.
Vesijäähdytteisten ohjaussiipien lämmönsiirtokertoimen parametrit on esitetty kuvassa 9 sekä kostealle että kuivalle ilmalle, missä ΔP [kPa] edustaa veden paine-eroa siiven sisääntulo- ja ulostuloporttien välillä (sininen ja punainen kuvassa 10).
Kuva 10. Ohjaussiiven jäähdytyskanavat
Kuva 9. HTCL-kerroin. Kuiva (RH=0 %) ja kostea ilma (RH=90 % 30 °C:ssa) eri jäähdytysnesteen (veden) paine-eroilla sisääntulo- ja ulostulojäähdytyskanavaporttien välillä.
Ohjaussiivet hukkalämmön talteenottoon
Jäähdytetyt ohjaussiivet integroiduilla lämmönvaihtokanavilla tarjoavat monipuolisen ratkaisun hukkalämmön talteenottoon useissa eri sovelluksissa. Kun nämä siivet integroidaan lämmönvaihtojärjestelmiin, ne voivat siepata ylimääräistä lämpöenergiaa, joka muuten menetetäisiin, ja siirtää sen lämmön talteenottojärjestelmiin, mikä parantaa merkittävästi järjestelmän kokonaistehokkuutta.
Käytännön sovelluksissa tätä teknologiaa voidaan hyödyntää useilla alueilla. Esimerkiksi teollisissa prosesseissa jäähdytetyt ohjaussiivet voivat ottaa talteen hukkalämpöä poistokaasuista ja ohjata sen uudelleen tulevien nesteiden tai ilman esilämmitykseen, mikä vähentää energiankulutusta. LVI-järjestelmissä vastaavia periaatteita sovelletaan laitteiden, kuten lämmöntalteenottolaitteiden (HRV) ja energian talteenottolaitteiden (ERV), kautta, jotka siirtävät lämpöä poisto- ja tuloilmavirtojen välillä. Tämä prosessi minimoi tuloilman lämmittämiseen tai jäähdyttämiseen tarvittavan energian, mikä johtaa huomattaviin energiasäästöihin.
Lisäksi jäähdytettyjä ohjaussiipiä voidaan integroida järjestelmiin, joita käytetään sähköntuotannossa ja uusiutuvan energian sektoreilla. Esimerkiksi sähkön ja lämmön yhteistuotantojärjestelmissä (CHP) sähköntuotannon hukkalämpö otetaan talteen ja käytetään lämmitystarkoituksiin, mikä parantaa järjestelmän kokonaistehokkuutta. Geotermisissä energiajärjestelmissä nämä siivet voivat auttaa hallitsemaan maasta uutettua lämpöenergiaa optimoiden lämmönsiirtoprosesseja.
Vihreän ja uusiutuvan energian aloitteissa hukkalämmön talteenotolla on kriittinen rooli hiilijalanjäljen pienentämisessä ja energiajärjestelmien kestävyyden parantamisessä. Tämä lähestymistapa on linjassa lean-valmistuksen periaatteiden kanssa parantamalla resurssitehokkuutta ja alentamalla käyttökustannuksia tehokkaan lämmönhallinnan avulla. Lisäksi ESG-projekteissa tällaisten teknologioiden sisällyttäminen osoittaa sitoutumista ympäristövaikutusten minimointiin ja resurssien käytön optimointiin, mikä on linjassa laajempien kestävän kehityksen tavoitteiden kanssa.
Lämmön talteenotto – Aiheeseen liittyvät projektit
Tunnel Techillä on laaja kokemus lämmönvaihtoa ja LVI-järjestelmiä koskevien projektien toteuttamisesta, jotka on suunniteltu hukkalämmön talteenottoon käyttäen jäähdytettyjä ohjaussiipiä. Integroimalla nämä siivet lämmönvaihtojärjestelmiin, jotka on suunniteltu sieppaamaan ja hyödyntämään uudelleen lämpöenergiaa, joka muuten menetetäisiin, Tunnel Tech mahdollistaa tehokkaamman hukkalämmön talteenoton erilaisista teollisista ja kaupallisista prosesseista. Tämä lähestymistapa ei ainoastaan paranna energiatehokkuutta, vaan tukee myös kestävän kehityksen tavoitteita vähentämällä energiankulutusta ja käyttökustannuksia.
Sovellukset
Ohjaussiipemme palvelevat laajaa valikoimaa toimialoja ja sovelluksia
LVI-järjestelmät
| Liikerakennukset | Ilmakanavien optimointi; Energiatehokkuus; Käyttökustannusten alentaminen; Terveyden ja turvallisuuden parantaminen hallitsemalla tehokkaasti ilmanlaatua ja lämpötilaa; |
| Asuinkompleksit | Varmista mukavat asuinympäristöt optimaalisella ilmanlaadulla ja virtauksella; Terveyden ja turvallisuuden parantaminen; |
| Datakeskukset | Lämmönhallinnan ohjaussiivet ylläpitävät kriittisiä lämpötila- ja kosteustasoja palvelimien suorituskyvyn ja pitkäikäisyyden varmistamiseksi; |
Rakennustekniikan ilmanvaihtojärjestelmät
| Sairaalat ja terveydenhuoltolaitokset | Hiljaisesti toimivat ohjaussiivet tarjoavat elintärkeää ilmanlaadun hallintaa potilaiden ja henkilökunnan suojelemiseksi; Parantaa terveyttä ja turvallisuutta hallitsemalla tehokkaasti ilmanlaatua ja lämpötilaa |
| Oppilaitokset | Luo suotuisat oppimisympäristöt parannetun ilmankierron avulla |
Ympäristönhallinta
| Elektroniikka-, biotekniikka-, elintarviketekniikka- ja muut huipputeknologian laitokset / Puhdastilat | Säädä lämpötilaa ja kosteutta huipputeknistä ja vaativaa tuotantoa varten; Ilmastoinnin ohjaussiivet ylläpitävät tiukkoja ilmavirtausstandardeja valmistuksessa ja tutkimuksessa |
| Urheiluareenat | Varmista mukavuus ja turvallisuus niin urheilijoille kuin katsojillekin |
Teolliset ja erikoissovellukset
| Tunnelien rakentaminen ja kunnossapito | Paranna ilmanlaatua ja työntekijöiden turvallisuutta tunneliympäristöissä; |
| Teollisuuslaitokset | Ilmakanavien optimointi; Energiatehokkuus; Kestävä kehitys; Käyttökustannusten alentaminen; |
| Valimot ja raskaan teollisuuden laitokset | Energiatehokkuus; Käyttökustannusten alentaminen; Hukkalämmön talteenotto; Hiilestä irtautuminen ja ESG; Raskaan sarjan LVI-ilmakanavat; Lämmönhallinta; |
| Meritekniikka | Paranna laivojen ja sukellusveneiden ilmanvaihtojärjestelmiä miehistön mukavuuden ja laitteiden luotettavuuden takaamiseksi; |
| Kaivostoiminta ja maanlainen rakentaminen | Tarjoa elintärkeää ilmanvaihtoa kaivostyömaille ja muihin maanalaisiin rakenteisiin vähentäen vaarallisten olosuhteiden riskiä; |
Jokainen näistä sovelluksista hyötyy merkittävästi TunnelTechin ohjaussiipien edistyksellisestä suunnittelusta ja toiminnallisuudesta, mikä merkitsee harppausta eteenpäin tehokkaassa ilmavirran hallinnassa. Valitsemalla TunnelTechin matalan ilmanvastuksen ohjaussiivet asiakkaat voivat odottaa paitsi saavuttavansa myös ylittävänsä järjestelmänsä suorituskykytavoitteet, samalla kun
- •vähentää energiankulutusta * jopa 30 %
- •vähentää melua * 60 % verrattuna perinteisiin ilmakanaviin.
* – kokeelliset tulokset TT45Pro-tuulitunnelin geometrialla.
Jos sinulla on kysyttävää tai haluat lisätietoja siitä, miten ohjaussiipemme voidaan räätälöidä vastaamaan erityistarpeita, ota yhteyttä tiimiimme. Anna TunnelTechin olla kumppanisi optimaalisten ilmavirran hallintaratkaisujen saavuttamisessa.
Asennus ja huolto
- •Mitat ja tekniset tiedot
Tarkista kanavan mitat ja ohjaussiipien tekniset tiedot ennen asennusta
- •Kiinnitysvaihtoehdot
Saatavana puristin-, pultti- ja hitsauskiinnityksillä
- •Kuormankäsittely
Noudata kuormankäsittelyohjeita turvallisen kuljetuksen ja sijoittamisen varmistamiseksi
- •Vaiheittainen asennus
Yksityiskohtaiset asennusohjeet toimitetaan jokaisen tuotetoimituksen mukana
- •Tarkastusaikataulu
Säännölliset silmämääräiset tarkastukset siipien kohdistuksen ja rakenteellisen eheyden varmistamiseksi
- •Puhdistusmenettelyt
Säännöllinen puhdistus pölyn ja lian kertymisen poistamiseksi siipien pinnoilta
- •Kulumisen seuranta
Tarkkaile korroosion, eroosion tai mekaanisten vaurioiden merkkejä
- •Vianmääritysopas
Ratkaise yleiset ongelmat, kuten tärinä, melu tai heikentynyt ilmavirran tehokkuus
Dokumentaatio
Tekniset tiedot Tunnel Techin tuulitunnelien kulmaosakokoonpanoista ja ohjaussiipien parametreista ovat saatavilla kattavassa TTE-TSA- ja TTE-TV-tuotteiden tietolehdessä. Dokumentaatio sisältää tietoa suunnitteluvaihtoehdoista, paikallisista vastuksista vaaka- ja pystysuuntaisille 90 asteen virtauksen kääntökulmille sekä hydraulisista ja lämmönsiirtoparametreista jäähdytetyille ohjaussiiville.
Lataa TTE-TSA-tietolehti (PDF)Viitteet ja aiheeseen liittyvät julkaisut
Lisätietoja tuulitunnelien, teollisten kanavistojen, LVI-kanavien ja ilmavirran hallintalaitteiden, puhaltimien suoristimien jne. kääntösiipien suunnittelusta ja optimoinnista löytyy alla olevista linkeistä:
- 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.
Katso myös:
- Moodyn diagrammi: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Kitkakerroin: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Kitkahäviö: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss