Johdanto ohjaussiipiin
Ilmavirran hallinnassa kanavien kulmien suunnittelulla on keskeinen rooli ilmanvaihto- ja LVI-järjestelmien sekä tuulitunnelien tehokkuudessa ja suorituskyvyssä. Kun ilma pakotetaan jyrkän käännöksen läpi, mikä on usein väistämätöntä kanavistoissa, se kohtaa lisääntyneen hydraulisen vastuksen, mikä johtaa suurempiin painehäviöihin ja turbulenssiin. Tämä ei ainoastaan vähennä järjestelmän tehokkuutta, koska ilmavirran ylläpitämiseen tarvitaan enemmän energiaa, vaan vaikuttaa myös kanaviston rakenteelliseen eheyteen turbulentin virtauksen aiheuttamien epätasaisten painekuormien kautta.
Tässä astuvat kuvaan ohjaussiivet (kuva 1). Kulman sisään asennetut ohjaussiivet ohjaavat ilman käännöksen läpi minimaalisella vastuksella, vähentäen painehäviöitä ja turbulenssia ilman lisätilaa, jota tasainen sädemutka vaatii. Tämä tekee ohjaussiivistä ihanteellisen ratkaisun ilmavirran tehokkaaseen hallintaan kompaktissa tilassa.
Kuva 1. TunnelTech-ohjaussiipien kulmaosakokoonpano
Korkean suorituskyvyn ohjaussiipiosat vaihtoehtona yleisille LVI-ratkaisuille.
Perinteinen tapa vähentää jyrkästi kaarevan kanavan turbulenssia, painehäviötä ja melua on säteittäinen kyynärpää (kuva 2 ja kuva 4, tapaus 2). Vaikka säteittäiset kyynärpäät lieventävät osittain jyrkälle mutkalle tyypillistä turbulenssia, melua ja painehäviöitä (katso kuva 4, tapaus 1), ne tuovat mukanaan omia ongelmiaan.
Useita perinteisiä LVI-kanavamutkia, jotka on valmistettu tasaisesti kaarevasta ohutlevystä taivutetuilla jakosiivillä, on esitetty kuvassa 2 vasemmalla. Nämä ovat tyypillisiä vakiovaihtoehtoja, joita käytetään yleisesti LVI-kanavistoissa, esim. DW144-kanavistostandardin mukaisesti.
Tällaiset kanavakomponentit ovat yleisiä ja kustannustehokkaita pienissä sovelluksissa julkisessa rakentamisessa, pienyrityksissä ja pienitehoisissa LVI-järjestelmissä, joissa energiakustannukset eivät ole merkittävä tekijä. Tämä suunnittelu ei kuitenkaan ole hyvä ratkaisu ilmanvaihto- ja jäähdytysjärjestelmiin keski- ja suurikokoisissa, suuren kapasiteetin sovelluksissa – sähköntuotannossa, metallurgiassa, turbokoneissa, lämmönvaihtimissa, hukkalämmön talteenotossa sekä modernissa vihreässä ja uusiutuvassa energiassa – joissa hydraulinen tehokkuus ja energiansäästöt ovat välttämättömyys.
Ei kuitenkaan ole tarpeen rakentaa räätälöityä, epätyypillistä kanavaa joka kerta, kun hydraulisen verkon sähkönkulutus on optimoitava täysin. Sama kuva 2, oikealla, näyttää muunnelman TunnelTechin diagonaalisesta ohjaussiipien kulmaosasta, joka on energiatehokas, vähämeluinen ja vähäturbulenssinen, täyttää LVI-järjestelmien alan standardit ja jota voidaan käyttää myös suuren mittakaavan, suuritehoisissa teollisissa sovelluksissa. Esimerkki suuren mittakaavan laitoksesta, johon diagonaalinen ohjaussiipiosa voidaan helposti integroida, on esitetty kuvassa 3.
Kuva 2. Perinteinen keskikokoinen LVI-järjestelmän tasainen kyynärpää ohutlevyisellä jakosiivellä DW144-standardin mukaisesti (vasemmalla) ja korkean suorituskyvyn diagonaalinen TunnelTech-ohjaussiipikokoonpano vakioilmakanaville (oikealla).
Kuva 3. Suuren mittakaavan TunnelTech-ilmakanavien ohjaussiipien kulmaosat tuulitunneleihin, sähköntuotantoon ja teollisiin sovelluksiin.
Ohjaussiipien suunnittelu painehäviön, turbulenssin ja melun vähentämiseksi
Eri käännöskulmien suunnitelmien vertailemiseksi painehäviöt (ΔP) ja CFD-simuloidut virtauskuviot on esitetty alla olevassa kuvassa 4. Esimerkkinä valittiin 20 m/s sisääntulon ilmannopeus ja 2×2 m neliömäinen kanava. 20 m/s nopeus valittiin, koska ammattitason vertikaaliset tuulitunnelit sisävarjohyppyyn toimivat normaalisti suurimman osan ajasta tiloissa, joissa virtausnopeus kääntöosassa on 10–30 m/s. CFD-laskelmat suoritettiin 1 standardi-ilmakehän paineessa, 20 °C lämpötilassa ja nollakosteudessa kokoonpuristuvalla kaasulla ja adiabaattisella seinämällä, jonka karheus on 250 µm. Käytettiin 6–10 miljoonan solun verkkoa per alue. Sisääntulorajalla sovellettiin tasaista sisääntuloprofiilia ja 2 % turbulenssia. Turbulenssi mallinnettiin k-ε-mallilla.
Huomautus: Kuvan 4 kuvitukset ovat erityisiä esimerkkejä, jotka on esitetty ainoastaan toimintaperiaatteiden havainnollistamiseksi ja muutamien ohjaussiivillä varustettujen kulmaosien vertailemiseksi. Niitä ei voida pitää yleisinä tuloksina jokaiselle käyttötapaukselle. Jokaisessa todellisessa ilmanvaihtojärjestelmässä tai muussa hydraulisessa verkossa on otettava huomioon erityiset hydrauliset parametrit, kanavan koko ja muoto, karheus ja rakenteelliset epäsäännöllisyydet, virtauksen epätasaisuudet ja tarkat kaasun fysikaaliset ominaisuudet jokaisessa laskentapisteessä. Voit tilata tällaisen laskelman tietylle järjestelmälle ottamalla meihin yhteyttä.
Seuraavat suunnittelutapaukset on esitetty:
- Kulmaosa ilman ohjaussiipiä.
- Tasaisesti kaareva kulmaosa (r = ½ kanavan korkeudesta) säteittäisesti taivutetuilla jakosiivillä. Painehäviö riippuu myös jakajien lukumäärästä ja geometriasta. Esimerkki näyttää optimaalisesti muotoiltujen jakolevyjen vähimmäismäärän.
- Yksinkertaiset säteittäisesti kaarevat ohuet levyt (10–20 mm paksut).
- Lähimpien kilpailijoidemme tyypilliset optimoimattomat ohjaussiivet.
- TunnelTech-ohjaussiivet (TTE-TV) optimoidulla profiililla.
Merkittävin ongelma kaarevissa kanavissa, joissa on pieni määrä yksinkertaisia taivutettuja jakolevyjä (tai ei siipiä lainkaan), on paineen ja nopeuden jakautuminen kääntöosan ulostulossa (kuva 4, tapaus 2, katso ulostulon poikkileikkaus). Nopeus kasvaa jokaisen virtauksen alakanavan ulkoseinämästä sisäseinämään, mikä tuottaa epätasaisen virtauksen, voimakasta turbulenssia ja melua. Mitä pienempi kääntösäde, sitä suurempi on virtauksen irtoamisen, paine- ja nopeuskenttien vääristymisen, suuremman melun ja suuremman painehäviön riski.
Ainoa tapa voittaa nämä ongelmat on suuri kaarevuussäde kulmaosalle ja suurempi määrä jakosiipiä. Tämä luo toisen ongelman – tällaisiin mutkiin tarvittava lisätila ja useiden kanavan poikkileikkauksen kokoisten kaarevien jakajien materiaalikustannukset. Suurissa kanavajärjestelmissä tasaiset sädemutkat voivat johtaa kohtuuttoman suuriin rakenteisiin, mikä tekee tästä lähestymistavasta epäkäytännöllisen monissa tapauksissa, erityisesti silloin, kun tilaa on rajoitetusti. Tarvittava lisätila on esitetty katkoviivoilla alla olevassa kuvassa 4, tapaus 2. Jokaisen käännöksen korkeutta ja leveyttä on lisättävä vähintään puolella kanavan koosta. Suljetun kierron tuulitunneleissa tämä tarkoittaa rakennuksen mittojen kasvattamista useilla metreillä joka suuntaan, mikä nostaa kanaviston kustannuksia ja pääomainvestointeja. Lisäksi jokainen jakaja maksaa yhtä paljon kuin itse kanavan seinämä.
Kuva 4. Kanaviston kulmaosat – suunnittelun ja suorituskyvyn vertailu
Optimaalinen ratkaisu tuulitunneleihin ja teollisuusilmanvaihtoon on siipiprofiililla varustettujen ohjaussiipien diagonaalinen kaskadi, kuten on esitetty kuvassa 4, tapaukset 3–5.
Kaikki yllä olevat CFD-kuvat ovat esimerkkinä ilmakanavan kulmaosasta, jossa on 2×2 m sisääntulo ja 20 m/s ilmannopeus – tapaus, joka on olennaisin sisävarjohyppyyn ja alhaisen nopeuden alisoonisiin tuulitunneleihin.
Kuva 4, tapaus 3 näyttää kulmaosan, jossa on yksinkertaiset ohuesta taivutetusta ohutlevystä valmistetut siivet. Kuva 4, tapaus 4 näyttää TunnelTechin lähimpien kilpailijoiden tarjoamat parhaat ohjaussiivet. Molemmissa on lyhyempi jänne ja optimoimaton siipiprofiili, mikä johtaa jäännösvirtauksen epätasaisuuteen osan ulostulossa, suurempaan aerodynaamiseen vastukseen ja lisääntyneeseen kanavameluun. Yksinkertaisesta taivutetusta ohutlevystä valmistetut ohuet siivet ylittävät yleensä sallitut melutasot jopa alhaisella ilmannopeudella, ja paksulla, lyhyellä profiililla, jolla on alhainen jänne-paksuussuhde, on myös pienempi pinta-ala, mikä on haitta, kun jäähdytettyjä ohjaussiipiä käytetään lämmönsiirtoon.
Kuvan 4, tapaus 5 alaosa näyttää ilmakanavan kulman, joka on varustettu korkean suorituskyvyn TunnelTech-ohjaussiivillä (tilattaessa viittaa osanumeroon TTE-TV-90). Kuten poikkileikkaukset osoittavat, virtaus on tasaisempi oikein profiloiduilla siivillä, mikä tarkoittaa pienempää painehäviötä ja alhaista turbulenssia.
Ulostulon paine-/nopeusprofiili on myös paljon parempi TunnelTechin kulmaosissa, jotka on varustettu pitkäjänteisillä siivillä, kuin muissa tapauksissa. Tuloksena on TunnelTechin vertaansa vailla oleva aerodynaaminen laatu, mikä heijastuu ammattilaislaskuvarjohyppääjien ja muiden asiakkaiden lukuisissa arvosteluissa.
Kaikki yllä olevat tiedot, mukaan lukien jänteen pituus ja jäähdytysvaihtoehdot, on myös koottu taulukkoon 1.
| 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. TunnelTechin optimoidut ohjaussiivet | 57 | 0.24 | 500 | Kyllä |
Kanavan kääntöosan hydraulinen häviökerroin TunnelTechin ja kilpailijoiden siivillä nopeusalueella jopa 100 m/s, laskettuna samalla geometrialla ja alkuolosuhteilla, on esitetty kuvassa 5.
Lisätietoja hydraulisista häviöistä kanavan pituudella, paikallisesta vastuksesta ja kokonaishydraulisesta häviökertoimesta on annettu alla.
Kuva 5. TunnelTechin ja kilpailijoiden kääntöosien vertailu: Darcy–Weisbachin hydraulinen häviökerroin samalla geometrialla ja alkuperäisillä laskentaolosuhteilla.
Turbulenssin lieventäminen luotettavia hydraulisia ja rakenteellisia turvallisuuslaskelmia varten
Kuva 6. TunnelTechin ohjaussiivillä varustettu kulmaosa: turbulenssin mittakaava (m) nopeudella 20 m/s
Tasainen, ennustettava paine-/nopeusprofiili on erityisen tärkeä sovelluksissa, joissa voimakas turbulenssi tai virtauksen irtoaminen ei ole hyväksyttävää, kuten kokeellisissa tuulitunneleissa, sisävarjohyppylaitoksissa ja suurteholaitoksissa. Nämä loisilmiöt yhdessä virtauksen irtoamisen ja suuren mittakaavan turbulenssin aiheuttamien painepulsaatioiden kanssa eivät myöskään ole hyväksyttäviä laitoksissa, joiden on oltava vapaita akustisesti indusoidusta värähtelystä ja joissa staattisen paineen poikkeamia ei sallita ilmakanavan rakenteellisen vakauden vuoksi. Lisäksi turbulentti virtaus on yleinen melunlähde, joka heikentää entisestään järjestelmän kokonaissuorituskykyä ja loppukäyttäjän mukavuutta.
On myös pidettävä mielessä, että virtauksen epäsäännöllisyyksillä on taipumus kasvaa ja voimistua alavirtaan, ellei käytetä virtaussuoristimia, hunajakennorakenteita, turbulenssiverkkoja tai muita virtauksen säätölaitteita [1-3]. Tarkka kaasudynaaminen analyysi edellyttää jokaisen peräkkäisen kanavaelementin vastuksen laskemista todellisella sisääntulon paine-/nopeusprofiililla, jonka hydraulisen verkon edellinen elementti on luonut. Pitkille hydraulisille verkoille on usein mahdotonta suorittaa koko järjestelmän CFD-simulaatiota sen suuren koon vuoksi. Tällaisissa tapauksissa käytetään likimääräisiä puoliempiirisiä laskelmia, jotka perustuvat dimensiottomiin virtauslukuihin ja geometrisiin kriteereihin [4], tai tällaisiin menetelmiin perustuvia ohjelmistoja. Samoin kanavan rakenteellisen vakauden FEA-mallinnus suoritetaan tyypillisesti tasaisella staattisella painekentällä, joka kohdistuu kanavan seinämiin. Alavirtaan kehittyvät vakavat virtauksen epäsäännöllisyydet voivat siksi myös aiheuttaa virheitä kantavien rakenteiden turvallisuuskriittisiin analyyseihin.
Likimääräiset menetelmät eivät yleensä käsittele nopeusprofiilin vääristymistä hydraulisen verkkoelementin sisääntulossa; parhaimmillaan ne ottavat huomioon, onko profiili täysin kehittynyt vai ei vielä kehittynyt (tasainen), sekä rajakerroksen parametrit. Tuulitunneleissa ja teollisuuden ilmanvaihtojärjestelmissä jokainen virtauksen käännös voi aiheuttaa epätasaisuutta ja voimakasta pyörrekomponenttia, mikä tuo epävarmuutta pitkien verkkojen hydraulisen vastuksen laskelmiin. Aina kun mahdollista, suuria nopeusprofiilin epäsäännöllisyyksiä tulisi siksi välttää.
Kuva 6 ja yllä olevat tulokset osoittavat, että TunnelTechin ohjaussiivillä varustetut kääntöosat eivät ainoastaan luo ylimääräistä virtaushäiriötä, vaan niitä voidaan käyttää myös vaimentamaan pyörrekomponenttia ja epätasaisuutta osan alavirtaan. TunnelTech-siivillä varustettu ohjaussiipien kulmaosa voi siksi toimia myös tehokkaana virtaussuoristimena, kun se asennetaan aksiaalipuhaltimen, kanavadiffuusorin, lämmönvaihtimen, testiosuuden, kanavahaaran tai minkä tahansa muun turbulenssia aiheuttavan elementin alavirtaan.
Paikallinen vastuskerroin
Kääntökulman paikallinen vastus voidaan laskea käyttämällä tunnettua Darcy–Weisbachin yhtälöä:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Missä:
- ΔP – kokonaispainehäviö (paineen alenema) yksikössä Pa;
- ξ – paikallinen vastuskerroin (Darcy–Weisbach);
- ρ – nesteen tai kaasun tiheys (kg/m³);
- V – nesteen tai kaasun nopeus sisääntulon poikkileikkauksessa (m/s).
Nämä parametrit, jotka määrittävät ilmakanavan energiatehokkuuden, riippuvat voimakkaasti ohjaussiipien suunnittelusta.
Lähteen [4] mukaan monimutkaisen hydraulisen elementin kokonaisvastus voidaan esittää sen pituussuuntaisen kitkavastuksen ξL ja paikallisen vastuksen ξ0 summana:
ξSUM = ξL + ξ0
Suoralle ilmakanavalle pituusvastus on verrannollinen pituuteen ja kääntäen verrannollinen hydrauliseen halkaisijaan, kuten kaava ilmaisee:
ξL = (L / D) · f
jossa f on Darcyn kitkakerroin.
Yksinkertaisen muotoisille kanaville (esim. pyöreä, neliömäinen, kuusikulmainen) f voidaan ilmaista pelkän Reynoldsin luvun epälineaarisena funktiona – katso luku 2 lähteessä [4] tai https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Kitkakerroin f yksinkertaiselle pyöreälle putkelle (pyöreä kanava), jolla on sileät seinämät, täysin kehittynyt virtausprofiili sisääntulossa ja turbulentti virtaus (Reynoldsin luvut Re > 4×103), voidaan laskea kaavasta:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Todellisissa kanavissa on otettava huomioon myös seinämän karheus.
Alla oleva kuva 7 näyttää Darcyn kitkakertoimen kuvaajan suhteessa Reynoldsin lukuun Re eri suhteellisilla seinämän karheusarvoilla, jonka Nikuradse julkaisi ensimmäisen kerran lähteissä [5-8]. Tämä kuvaaja tunnetaan myös Moody-diagrammina [9] tai Colebrook–White-korrelaationa [10-11]. Uudempi tutkimus sileistä putkista löytyy lähteestä [12].
Diagrammi näyttää monimutkaisen riippuvuuden f(Re) pyöreälle putkelle eri karheusarvoilla. Neliömäisille ja muille ei-pyöreille kanaville diagrammi on vielä monimutkaisempi. Virtausolosuhteet (Reynoldsin luku), kanavan muoto ja suhteellinen seinämän karheus on siksi kaikki otettava huomioon.
Kuva 7. Moody-diagrammi (tunnetaan myös nimellä Nikuradse-diagrammi), joka näyttää Darcy–Weisbachin kitkakertoimen fD suhteessa Reynoldsin lukuun Re eri suhteellisilla karheusarvoilla – Alkuperäinen diagrammi: S. Beck ja R. Collins, Sheffieldin yliopisto, jaettu CC BY-SA 4.0 -lisenssillä, wikimedia.org
Todellisille, karheille kanaville on edelleen mahdollista esittää kokonaisvastus pituusvastuksen ja paikallisen vastuksen summana ξSUM = ξL + ξ0.
Vastuksen jakaminen tähän summaan yksinkertaistaa kanavaparametrien tutkimista, koska paikallinen vastus ξ0 voidaan laskea yksinkertaistetulle elementtigeometrialle – esimerkiksi ongelman jaksollisella muotoilulla pienemmällä laskenta-alueella tai 2D-muotoilulla. Huomaa laskenta-alueen koko kuvassa 4 esitetyissä esimerkeissä – osa on 3 m korkea ja 18 m pitkä, ja riittävä verkon konvergenssi alkaa vasta yli 10 miljoonan verkkoelementin kohdalla. Samojen tapausten jaksollinen tai 2D-muotoilu voisi käyttää suuruusluokkaa vähemmän verkkoelementtejä, ja jokaisen nopeuspisteen yksinkertaistettu laskenta ΔP(v)-käyrällä kestäisi minuutteja tai jopa sekunteja tuntien sijaan.
Vastuksen jakaminen kahteen komponenttiin voi siksi yksinkertaistaa laskelmia huomattavasti – paikallinen vastus ξ0 määritetään nopeasti, ja pituusvastus ξL lisätään sitten. Jälkimmäinen voidaan arvioida nopeasti julkaistuista taulukoista tai likimääräisillä kaavoilla, jotka perustuvat dimensiottomiin lukuihin ja kanavan geometriaparametreihin. Hydraulisille ja kanavaverkoston elementeille, joissa on äkillisiä muutoksia virtaussuunnassa (kulmikkaat kyynärpäät, tasaiset mutkat, erikulmaiset mutkat ohjaussiivillä ja ilman), samanlainen lähestymistapa ja menetelmä on esitetty kattavan Handbook of Hydraulic Resistance -käsikirjan luvuissa 6-1 ja 6-2 [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
TunnelTechin ilmavirran ohjaussiivet (tuote TTE-TV) ovat tämän teknologian eturintamassa tarjoten vertaansa vailla olevaa tehokkuutta ilmavirran hallinnassa. Tuotteemme on suunniteltu laajaan valikoimaan sovelluksia sisävarjohyppylaitoksista ja tuulitunneleista LVI- ja ilmanvaihtojärjestelmiin, ja ne ilmentävät aerodynaamisen suunnittelun ja energiatehokkuuden huippua.
Ohjaussiipiosan suorituskyky ilmakanavissa
TunnelTechin korkean suorituskyvyn ohjaussiivet asettavat alan standardin teholle ja aerodynaamiselle tehokkuudelle. Energiaa säästävät ohjaussiipemme on suunniteltu minimoimaan aerodynaamiset häviöt, varmistaen tasaisen ilmavirran ja vähentäen sähkönkulutusta.
TunnelTech-ohjaussiivillä on erinomaiset paikallisen vastuksen ominaisuudet ilmakanavissa. Vastusparametrit, jotka on laskettu Darcy–Weisbachin yhtälöllä kuten yllä on kuvattu, on esitetty alla olevissa kuvissa (katso kuva 8) ja ohjaussiipien tuote-esitteessä.
Yleensä, kun kanavan kokoa ei tunneta, arvot annetaan idealisoidulle elementille, jolla on jaksolliset sivuttaiset reunaehdot, ottamatta huomioon ylimääräistä seinämäkitkaa pituussuunnassa, karheutta tai muita paikallisia parametreja. Kuva 8 antaa arvot idealisoidulle kulmaelementille TunnelTech-siivillä, laskettuna 15 siiven pinolle jaksollisilla reunaehdoilla äärettömän jaksollisen kaskadin approksimaationa.
Kuva 8. TunnelTech-ohjaussiipi: paikallinen vastuskerroin ja vastaava painehäviö.
Jos LVI- tai muu hydraulinen järjestelmä koostuu kanavista, joiden virtauksen poikkileikkaus ei yleensä muutu virtausreitin varrella, on likimääräisiä laskelmia varten kätevää arvioida vastus pituusyksikköä kohti (joka on tietysti arvioitava koko nopeusalueella):
KL = ξL / L = f / Dh
missä Dh on kanavan hydraulinen halkaisija. KL:n arvo on helppo määrittää hakuteoksista, kuten yllä on käsitelty. Kertomalla se pituudella ja lisäämällä tuote-esitteistä otetut tai itsenäisesti lasketut paikalliset vastusarvot ξ0 saadaan nopea arvio järjestelmän kokonaispainehäviöstä.
ξSUM = KL · L + ξ0
Kuvan 4 havainnollistavissa esimerkeissä – 2×2 m neliömäinen kanava laskennassa käytetyillä kaasuparametreilla ja karheudella – vastus pituusyksikköä kohti on suuruusluokkaa KL = ξL / L ~ 2,1 Pa. Tämä arvo koskee tavallista neliömäistä kanavaa ilman mutkia, siipiä tai muita sisäisiä laitteita. Koko 21 metrin matkalla, jonka ilma kulkee kanavaa pitkin, tämä antaa painehäviöksi ~44 Pa. Lisäämällä arvo kuvasta 8 (11 Pa nopeudella 20 m/s, otettu ohjaussiipien tuote-esitteestä, taulukko A.2.1) saadaan kokonaisvastukseksi 55 Pa todelliselle 2×2 m kanavaosalle, jossa on ohjaussiivet. Tämä arvo on hyvin sopusoinnussa kuvassa 4, tapaus 5 esitetyn arvon kanssa.
Lisätietoja likimääräisistä menetelmistä minkä tahansa muotoisten kanavien vastuksen laskemiseksi ilman CFD:tä löytyy lähteestä [4] ja vastaavasta kirjallisuudesta.
Huomautus: Kuvan 4 esimerkit ovat vain erikoistapaus, joka havainnollistaa ohjaussiipien toimintaa, eikä niitä voida käyttää mielivaltaisen kanavan arviointiin. Kuva 8 pätee laajemmin, mutta asiakkaan kanavan erityiset parametrit on silti otettava huomioon. Jokainen järjestelmä vaatii yksityiskohtaisen analyysin, jonka voit tilata TunnelTechiltä. Saadaksesi tarkan laskelman kanavan hydraulisesta vastuksesta ja asiantuntija-arvion ilmanvaihto- tai tuulitunnelilaitteistosi sähkönkulutuksesta, ota meihin yhteyttä.
Lisätietoja palveluistamme sekä tutkimuksesta ja kehityksestä löytyy Teknologia-sivulta ja Palvelut-osiosta.
Ohjaussiivet teolliseen jäähdytykseen ja lämmitykseen
Ainutlaatuisena teollisuuden ilmakanavien ohjaussiipien joukossa tuotteemme voivat kierrättää jäähdytysnestettä suurella virtausnopeudella, mikä mahdollistaa ilman tehokkaan jäähdyttämisen tai lämmittämisen sen kulkiessa kanavan läpi. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia lämmönsäätelyssä – sisäilmaston hallintasiivet ja matalan vastuksen kanavansisäiset lämmönvaihtimet – tarjoten asiakkaillemme monipuolisia ratkaisuja heidän ilmavirran tarpeisiinsa.
Arvioituna HTCL-menetelmällä (lämmönsiirtokerroin lineaarimetriä kohti), joka kvantifioi lämpövirran (watteina) ohjaussiiven pituusmetriä kohti ulkoilman ja siiven jäähdytysnesteen välisen logaritmisen keskilämpötilaeron (ΔTLMTD) kelviniä kohti, ohjaussiipemme on suunniteltu tehokkaaseen lämmönsiirtoon erilaisissa ilmavirtaolosuhteissa, taaten vakaan suorituskyvyn ja lämpötilan säädön.
Vesijäähdytteisten ohjaussiipien lämmönsiirtokertoimen parametrit on esitetty kuvassa 9 sekä kuivalle että kostealle ilmalle, missä ΔP [kPa] on veden paine-ero siiven sisääntulo- ja ulostuloporttien välillä (sininen ja punainen kuvassa 10).
Kuva 10. Ohjaussiipien 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 erilaisissa sovelluksissa. Lämmönvaihtojärjestelmiin integroituina nämä siivet voivat siepata ylimääräistä lämpöenergiaa, joka muuten menetettyisiin, ja siirtää sen lämmön talteenottojärjestelmiin, parantaen merkittävästi järjestelmän kokonaistehokkuutta.
Käytännössä tätä teknologiaa voidaan käyttää monilla alueilla. Teollisuusprosesseissa esimerkiksi jäähdytetyt ohjaussiivet voivat ottaa talteen hukkalämpöä poistokaasuista ja käyttää sitä tulevien nesteiden tai ilman esilämmitykseen, mikä vähentää sähkönkulutusta. LVI-järjestelmissä samaa periaatetta sovelletaan laitteissa, kuten lämmöntalteenottolaitteissa (HRV) ja energian talteenottolaitteissa (ERV), jotka siirtävät lämpöä poisto- ja tuloilmavirtojen välillä. Tämä minimoi tulevan ilman lämmittämiseen tai jäähdyttämiseen tarvittavan energian, mikä johtaa huomattaviin energiasäästöihin.
Jäähdytetyt ohjaussiivet voidaan myös integroida sähköntuotantoon ja uusiutuvan energian järjestelmiin. Esimerkiksi sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksissa (CHP) sähköntuotannosta syntyvä hukkalämpö otetaan talteen ja käytetään lämmitykseen, mikä parantaa järjestelmän kokonaistehokkuutta. Geotermisissä energiajärjestelmissä nämä siivet voivat auttaa hallitsemaan maasta uutettua lämpöenergiaa optimoimalla lämmönsiirtoprosesseja.
Vihreän ja uusiutuvan energian aloitteissa hukkalämmön talteenotolla on kriittinen rooli hiilijalanjäljen pienentämisessä ja energiajärjestelmien kestävyyden parantamisessa. Lähestymistapa on linjassa lean-valmistuksen periaatteiden kanssa, parantaen resurssitehokkuutta ja vähentäen käyttökustannuksia tehokkaan lämmönhallinnan avulla. ESG-projekteissa tällaisten teknologioiden käyttöönotto osoittaa lisäksi sitoutumista ympäristövaikutusten minimointiin ja resurssien käytön optimointiin laajempien kestävyystavoitteiden mukaisesti.
Lämmön talteenotto – Aiheeseen liittyvät projektit
TunnelTechillä on laaja kokemus lämmönvaihto- ja LVI-projektien toimittamisesta, jotka on suunniteltu hukkalämmön talteenottoon jäähdytetyillä ohjaussiivillä. Integroimalla nämä siivet lämmönvaihtojärjestelmiin, jotka on suunniteltu sieppaamaan ja uudelleenkäyttämään lämpöenergiaa, joka muuten menetettyisiin, TunnelTech tekee mahdolliseksi ottaa hukkalämpöä talteen tehokkaammin monenlaisista teollisista ja kaupallisista prosesseista. Tämä ei ainoastaan paranna energiatehokkuutta, vaan tukee myös kestävän kehityksen tavoitteita vähentämällä sähkönkulutusta ja käyttökustannuksia.
Sovellukset
Ohjaussiipemme palvelevat laajaa valikoimaa toimialoja ja sovelluksia
LVI-järjestelmät
| Liikerakennukset | Kanaviston optimointi; energiatehokkuus; alhaisemmat käyttökustannukset; parempi terveys ja turvallisuus ilmanlaadun ja lämpötilan tehokkaan hallinnan avulla |
| Asuinkompleksit | Mukavat asuinympäristöt optimaalisella ilmanlaadulla ja ilmavirralla; parempi terveys ja turvallisuus |
| Datakeskukset | Lämmönhallinnan ohjaussiivet ylläpitävät palvelimien suorituskyvyn ja pitkäikäisyyden edellyttämiä kriittisiä lämpötila- ja kosteustasoja |
Julkisen rakentamisen ilmanvaihtojärjestelmät
| Sairaalat ja terveydenhuoltolaitokset | Hiljaiset ohjaussiivet tarjoavat elintärkeää ilmanlaadun hallintaa potilaiden ja henkilökunnan suojaksi; parempi terveys ja turvallisuus ilmanlaadun ja lämpötilan tehokkaan hallinnan avulla |
| Oppilaitokset | Paremmat oppimisympäristöt parannetun ilmankierron ansiosta |
Olosuhteiden hallinta
| Elektroniikka, biotekniikka, elintarviketeknologia ja muut huipputeknologian tilat / Puhdastilat | Lämpötilan ja kosteuden hallinta huipputeknologian ja vaativan tuotannon tarpeisiin; ilmastoinnin ohjaussiivet ylläpitävät tiukkoja ilmavirran standardeja valmistuksessa ja tutkimuksessa |
| Urheiluareenat | Mukavuutta ja turvallisuutta niin urheilijoille kuin katsojillekin |
Teolliset ja erikoissovellukset
| Tunnelinrakennus ja kunnossapito | Parempi ilmanlaatu ja turvallisuus tunnelityömaiden työntekijöille |
| Teollisuuslaitokset | Kanaviston optimointi; energiatehokkuus; kestävä kehitys; alhaisemmat käyttökustannukset |
| Valimot ja raskaan teollisuuden laitokset | Energiatehokkuus; alhaisemmat käyttökustannukset; hukkalämmön talteenotto; hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ja ESG; raskaat LVI-ilmakanavat; lämmönhallinta |
| Meriteollisuus | Parannettu ilmanvaihto laivoissa ja sukellusveneissä miehistön mukavuuden ja laitteiden luotettavuuden takaamiseksi |
| Kaivostoiminta ja maanalaisten tilojen rakentaminen | Välttämätön ilmanvaihto kaivoksissa ja muissa maanalaisissa rakenteissa vaarallisten olosuhteiden riskin vähentämiseksi |
Jokainen näistä sovelluksista hyötyy merkittävästi TunnelTechin ohjaussiipien edistyksellisestä suunnittelusta ja toiminnallisuudesta, mikä merkitsee harppausta eteenpäin tehokkaassa ilmavirran hallinnassa. Valitsemalla TunnelTechin matalan vastuksen ohjaussiivet asiakkaat voivat odottaa paitsi saavuttavansa myös ylittävänsä järjestelmänsä suorituskykytavoitteet, samalla
- •vähentäen sähkönkulutusta* jopa 30 %
- •vähentäen melua* 60 % verrattuna perinteisiin ilmakanaviin.
* Kokeelliset tulokset TT45 PRO -tuulitunnelin geometrialla.
Jos sinulla on kysyttävää tai haluat lisätietoja siitä, miten ohjaussiipemme voidaan räätälöidä juuri sinun tarpeisiisi, ota yhteyttä tiimiimme. Anna TunnelTechin olla kumppanisi optimaalisen ilmavirran hallinnan 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 sijoittelun varmistamiseksi
- •Vaiheittainen asennus
Yksityiskohtaiset asennusohjeet toimitetaan jokaisen tuotetoimituksen mukana
- •Tarkastusaikataulu
Säännölliset silmämääräiset tarkastukset siipien kohdistuksen ja rakenteellisen eheyden varmistamiseksi
- •Puhdistustoimenpiteet
Säännöllinen puhdistus pölyn ja lian kertymisen poistamiseksi siipien pinnoilta
- •Kulumisen seuranta
Tarkkaile korroosion, eroosion tai mekaanisten vaurioiden merkkejä
- •Vianmääritysopas
Ratkaise yleiset ongelmat, kuten värähtely, melu tai heikentynyt ilmavirran tehokkuus
Dokumentaatio
Tekniset tiedot TunnelTechin tuulitunnelien kulmaosakokoonpanoista ja ohjaussiipien parametreista ovat saatavilla kattavassa tuote-esitteessä, joka kattaa TTE-TSA- ja TTE-TV-tuotteet. Dokumentaatio sisältää suunnitteluvaihtoehdot, paikalliset vastukset vaaka- ja pystysuorille 90 asteen käännöskulmille sekä hydrauliset ja lämmönsiirtoparametrit jäähdytetyille ohjaussiiville.
Lataa TTE-TSA-tuote-esite (PDF)Viitteet ja niihin liittyvät julkaisut
Lisätietoja ohjaussiipien suunnittelusta ja optimoinnista tuulitunneleihin, teollisuuden kanavistoihin, LVI-kanaviin ja ilmavirran hallintalaitteisiin, puhaltimien virtaussuoristimiin jne. 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:
- Moody-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