터닝 베인 소개
기류 관리 영역에서 덕트 코너의 설계는 환기, HVAC 시스템 및 풍동의 효율성과 기능에 핵심적인 역할을 합니다. 덕트 작업에서 종종 요구되는 것처럼 공기가 급격한 회전을 하도록 강제될 때 수력 저항이 증가하여 더 높은 압력 손실과 난류가 발생합니다. 이는 기류를 유지하기 위해 더 많은 에너지를 요구함으로써 시스템의 효율성을 손상시킬 뿐만 아니라 난류에 의해 가해지는 불균일한 압력으로 인해 덕트 작업의 구조적 무결성에도 영향을 미칩니다.
이때 코너 베인 또는 안내 베인이라고도 하는 터닝 베인이 역할을 합니다(그림 1). 코너 내에 설치되도록 설계된 덕트 코너 베인은 공기가 최소한의 저항으로 회전할 수 있도록 하여, 부드러운 반경 굽힘이 요구하는 추가 공간 없이도 압력 손실을 효과적으로 줄이고 난류를 완화합니다. 이로 인해 터닝 베인은 좁은 공간에서 기류를 효율적으로 관리하기 위한 이상적인 솔루션이 됩니다.
그림 1. Tunnel Tech 터닝 베인 코너 섹션 어셈블리
일반적인 HVAC 솔루션과 경쟁하는 고성능 안내 베인 섹션.
급격하게 구부러진 덕트에서 난류 증가, 압력 손실 및 소음이라는 앞서 언급한 유해한 현상을 극복하기 위한 전통적인 솔루션은 방사형 덕트 엘보우를 설계하는 것입니다(그림 2 및 그림 4, 사례 2). 이러한 엘보우는 (그림 4, 사례 1에서 볼 수 있듯이 급격한 굽힘에서 흔히 발생하는) 난류, 소음 및 압력 손실을 어느 정도 완화하는 데 효과적이지만, 그 자체로 여러 가지 문제를 안고 있습니다.
구부러진 유동 방향기가 있는 부드럽게 구부러진 판금으로 만들어진 회전부가 있는 몇 가지 전통적인 환기 덕트 작업이 왼쪽의 그림 2에 제시되어 있습니다. 이 사진은 DW144 덕트 작업 표준을 준수하는 등 HVAC 덕트에서 일반적으로 사용되는 표준 변형의 몇 가지 예를 나타냅니다.
이러한 덕트 솔루션은 에너지 비용이 중요한 요소가 아닌 토목 공학, 소규모 비즈니스 및 저전력 HVAC 시스템의 소규모 애플리케이션에 일반적이고 비용 효율적입니다. 그러나 이 설계는 수력 효율성과 에너지 절약이 필수적인 중대형 및 고용량 발전, 야금, 터보 기계, 열교환기, 폐열 회수 및 현대적인 친환경 및 재생 에너지 애플리케이션의 환기 및 냉각 시스템에는 좋은 솔루션이 아닙니다.
그러나 수력 네트워크의 에너지 소비를 완벽하게 최적화해야 할 때마다 맞춤형 비표준 덕트를 구축할 필요는 없습니다. 오른쪽의 동일한 그림 2는 HVAC 시스템에 대한 산업 표준을 충족하면서도 에너지 효율적이고 소음과 난류가 적으며 대규모 및 고출력 산업 사용 사례에도 사용할 수 있는 Tunnel Tech의 대각선 안내 베인 섹션의 변형을 보여줍니다. 대각선 터닝 베인 섹션을 쉽게 통합할 수 있는 대규모 시설의 예가 그림 3에 나와 있습니다.
그림 2. 판금으로 제작된 스플리터 베인이 있는 기존의 중규모 HVAC 부드러운 엘보우, DW144 표준(왼쪽) 및 표준 공기 덕트용 고성능 Tunnel Tech 터닝 베인 대각선 어셈블리(오른쪽).
그림 3. 풍동, 발전 및 산업용 애플리케이션을 위한 대규모 Tunnel Tech 공기 덕트 터닝 섹션.
압력 강하, 난류 및 소음 저감을 위한 터닝 베인 설계
다양한 터닝 코너 설계의 비교를 위해 압력 강하(ΔP) 및 CFD 시뮬레이션 유동 패턴이 아래 그림 4에 나와 있습니다. 시연 예시로 20 m/s의 입구 기류 속도와 2×2 m 사각 덕트가 선택되었습니다. 실내 스카이다이빙을 위한 전문가용 수직 풍동은 일반적으로 회전 섹션의 유속이 10~30 m/s 사이에서 변하는 모드로 대부분 작동하기 때문에 시연 목적으로 20 m/s의 속도 범위가 선택되었습니다. CFD 계산은 20°C의 1 표준 기압, 공기 습도 0, 압축성 가스 및 거칠기가 250 µm인 단열 벽을 기준으로 수행되었습니다. 도메인당 600만~1,000만 개의 셀 메시가 사용되었습니다. 입구 경계에는 평면 입구 프로파일과 2%의 난류가 적용되었습니다. 난류는 k-ε 모델을 사용하여 처리되었습니다.
주의! 그림 4에 표시된 그림은 작동 원리를 설명하고 몇 가지 유형의 로터리 코너 섹션을 비교하기 위한 목적으로만 제시된 특정 예시입니다. 이러한 사례가 모든 사용 사례에 일반적으로 적용되는 것으로 해석될 수는 없습니다. 모든 실제 환기 시스템 또는 기타 수력 네트워크의 경우, 각 계산 지점마다 특정 수력 매개변수, 덕트 크 기 및 모양, 거칠기 및 구조적 불규칙성, 유동 불균일성 및 정확한 물리적 가스 매개변수를 고려해야 합니다. 당사에 문의하여 특정 시스템에 대한 이러한 계산을 주문할 수 있습니다.
다음과 같은 설계 사례가 설명되어 있습니다.
- 안내 베인이 없는 코너 섹션.
- 방사형으로 구부러진 유동 방향기가 있는 부드럽게 구부러진 코너 섹션(r = 덕트 높이의 ½). 압력 강하는 덕트 스페이서의 수와 형상에도 영향을 받습니다. 최적의 형상을 가진 기류 스플리터 플레이트의 수를 최소화한 예시가 나와 있습니다.
- 단순한 방사형 곡선의 얇은 플레이트(두께 10-20mm).
- 주요 경쟁사의 일반적인 비최적화 터닝 베인.
- 최적화된 프로파일을 갖춘 Tunnel Tech의 터닝 베인(TTE-TV).
소수의 단순한 구부러진 플레이트 분리기가 있는(또는 안내 베인이 전혀 없는) 둥글게 구부러진 덕트의 가장 큰 문제는 터닝 섹션 출구에서의 압력 및 속도 분포 패턴입니다(그림 4, 사례 2, 출구 단면 참조). 이 패턴은 각 유동 하위 도메인의 외벽에서 내벽으로 갈수록 속도가 증가하여 불균일한 유동, 큰 난류 및 소음을 유발함을 보여줍니다. 회전 반경이 작을수록 유동 박리, 압력 및 속도장 왜곡, 소음 수준 및 압력 강하 값의 가능성이 커집니다.
이러한 문제를 극복하는 유일한 방법은 코너 섹션의 곡률 반경을 크게 하고 기류 안내 베인의 수를 늘리는 것입니다. 여기서 두 번째 문제가 발생합니다. 이러한 굽힘을 수용하는 데 필요한 공간이 증가하고 덕트 단면 크기에 맞춘 여러 방사형 공기 덕트 스페이서의 재료비가 증가한다는 것입니다. 대형 덕트 시스템에서 부드러운 반경 굽힘을 구현하면 구조물이 불합리하게 커질 수 있으므로, 특히 공간이 제한된 많은 시나리오에서 이 접근 방식은 비실용적입니다. 필요한 추가 공간은 아래 그림 4, 사례 2의 점선으로 표시되어 있습니다. 각 회전부의 높이와 너비를 덕트 크기의 최소 ½만큼 늘려야 합니다. 폐회로식 풍동의 경우 이는 각 방향으로 건물 크기가 몇 미터씩 증가함을 의미하며, 이는 더 높은 덕트 작업 비용과 더 높은 자본 투자로 이어집니다. 또한 각 유동 분배기는 덕트 벽과 동일한 비용이 듭니다.
그림 4. 덕트의 코너 섹션 - 설계 및 성능 비교
풍동 및 산업용 환기를 위한 최적의 솔루션은 그림 4의 사례 3-5에 묘사된 바와 같이 대각선을 따라 배열된 날개 프로파일을 갖춘 회전 섹션 로터리 베인입니다.
위의 모든 CFD 사진은 실내 스카이다이빙 및 저속 아음속 풍동의 사용 사례와 가장 관련이 깊은 예시로서, 20 m/s의 기류 속도에서 2x2m 흡입구가 있는 공기 덕트 코너 섹션에 해당합니다.
그림 4의 사례 3은 얇게 구부러진 금속판으로 만들어진 단순한 안내 베인이 있는 코너 섹션을 보여줍니다. 그림 4의 사례 4는 TunnelTech의 주요 경쟁사에서 제공하는 로터리 베인의 가장 좋은 예입니다. 두 경우 모두 코드 길이가 짧고 에어포일 형상이 최적화되지 않아 섹션 출구에서 잔류 유동 불균일성, 더 큰 공기역학적 저항 및 공기 덕트 소음이 발생하는 것으로 보입니다. 단순하게 구부러진 금속판으로 만든 얇은 베인은 일반적으로 낮은 공기 속도에서도 허용 소음 수준을 초과하며, 코드 대 두께 비율이 낮은 두껍고 짧은 프로파일 옵션은 표면적도 작아져 열 전달을 위해 냉각 일체형 터닝 베인이 사용되는 애플리케이션에서는 바람직하지 않습니다.
그림 4의 사례 5 하단에는 고성능 Tunnel Tech 터닝 베인(주문 시 다음 부품 번호 참조: TTE-TV-90)이 장착된 공기 덕트 코너가 나와 있습니다. 단면에서 볼 수 있듯이 적절하게 프로파일링된 가이드 베인의 경우 유동이 더 균일하여 압력 강하가 적고 난류가 낮아집니다.
출구 공기 압력/속도 프로파일 또한 긴 코드 베인이 장착된 Tunnel Tech의 코너 섹션이 다른 경우보다 훨씬 우수합니다. 이는 전문 스카이다이버 및 기타 고객의 수많은 리뷰에 반영된 바와 같이 타의 추종을 불허하는 Tunnel Tech의 공기역학적 품질을 가져옵니다.
코드 길이 및 냉각 옵션을 포함하여 위에서 논의된 모든 데이터는 <strong>표 1</strong>에서도 확인할 수 있습니다.
| 사례 / 베인 유형 | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | 코드 길이 (mm) | 냉각 |
|---|---|---|---|---|
| 1. 베인 없음, 급격한 회전 | 114 | 0.47 | — | 아니요 |
| 2. 부드럽게 구부러진 코너 섹션 | 41 | 0.17 | > 2000 | 아니요 |
| 3. 단순한 방사형 곡선의 얇은 플레이트 | 80 | 0.33 | 250–500 | 아니요 |
| 4. 주요 경쟁사의 터닝 베인 | 88 | 0.37 | 280 | 예 |
| 5. Tunnel Tech 최적화 터닝 베인 | 57 | 0.24 | 500 | 예 |
초기 데이터 선택에 따른 변동 없이 TunnelTech 및 경쟁사의 베인이 있는 덕트 회전 섹션에 대해 최대 100m/s의 속도 범위에 대한 수력 손실 계수 값이 그림 5에 나와 있습니다.
덕트 길이에 따른 수력 손실, 국부 저항 및 총 수력 손실 계수에 대한 자세한 내용은 아래에 나와 있습니다.
그림 5. Tunnel Tech 및 경쟁사의 터닝 섹션 비교. 동일한 형상 및 초기 계산 조건에 대한 Darcy-Weisbach 수력 손실 계수.
신뢰할 수 있는 수력 및 구조 안전 계산을 위한 난류 완화
그림 6. Tunnel Tech 코너 베인 섹션 난류 스케일 (m) @ 20 m/s
부드럽고 예측 가능한 압력/속도 프로파일은 실험용 풍동, 실내 스카이다이빙 시설 및 고출력 애플리케이션과 같이 높은 난류나 유동 박리가 허용되지 않는 애플리케이션에서 특히 중요합니다. 유동 박리 및 대규모 난류로 인해 발생하는 압력 맥동뿐만 아니라 이러한 기생 현상은 음향적으로 유도된 진동이 없어야 하고 공기 덕트 구조적 안정성 요구 사항으로 인해 정압 편차가 허용되지 않는 설비에서도 용납될 수 없습니다. 또한 이러한 난류는 소음의 일반적인 원인으로, 시스템의 전반적인 성능과 최종 사용자에게 제공되는 편안함을 더욱 저하시킵니다.
특수 정류기, 허니컴, 난류 제거망 또는 기타 기류 관리 장치를 사용하지 않으면 유동 불규칙성이 더욱 발달하고 심화되는 경향이 있다는 점도 고려해야 합니다 [1-3]. 정밀한 가스 역학 분석을 위해서는 수력 네트워크의 이전 요소에서 생성된 실제 입구 압력/속도 프로파일을 고려하여 다음 공기 덕트 요소의 저항을 계산해야 합니다. 긴 수력 네트워크의 경우 거대한 크기 때문에 전체 시스템의 CFD 시뮬레이션을 수행하는 것이 불가능한 경우가 많습니다. 이러한 상황에서는 유체 무차원 수 및 형상 기준 [4]을 포함하는 근사적인 반경험적 계산이나 이러한 방법을 기반으로 하는 소프트웨어가 사용됩니다. 또한 덕트 구조적 안정성을 결정하기 위한 FEA 모델링은 일반적으로 덕트 벽에 안정적인 정압 필드가 적용된 상태에서 수행됩니다. 따라서 하류에서 발생하는 심각한 유동 불규칙성은 하중 지지 구조물에 대한 안전 필수 조사에 오류를 유발할 수도 있습니다.
근사법은 일반적으로 수력 네트워크 요소 입구에서의 속도 프로파일 왜곡을 다루지 않으며, 기껏해야 프로파일이 발달했는지 또는 아직 발달하지 않았는지(균일한지) 여부와 경계층 매개변수만 고려합니다. 풍동 및 산업용 환기 시스템에서 각 유동 회전은 불균일성과 강한 유동 스월을 유발할 수 있으며, 이는 긴 수력 네트워크에서 수력 저항 계산의 불확실성으로 이어집니다. 따라서 가능한 한 큰 속도 프로파일 불규칙성이 나타나지 않도록 해야 합니다.
그림 6과 위에서 입증된 바와 같이 TunnelTech 터닝 베인이 있는 터닝 섹션의 매개변수는 추가적인 유동 교란을 일으키지 않을 뿐만 아니라 터닝 섹션 하류의 스월과 불균일성을 감쇠시키는 데에도 사용할 수 있음을 알 수 있습니다. 따라서 TunnelTech 베인이 있는 로터리 섹션은 축류 팬, 덕트 디퓨저, 열교환기, 테스트 섹션, 덕트로의 분기 또는 태핑, 또는 기타 난류 발생 물체 뒤에 설치되어 효과적인 유동 정류기 역할도 할 수 있습니다.
국부 저항 계수
터닝 코너의 국부 저항 특성은 잘 알려진 Darcy-Weisbach 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
여기서:
- ΔP – 총 압력 손실(압력 강하), 단위 Pa;
- ξ – 국부 저항(Darcy-Weisbach) 계수;
- ρ – 유체 밀도(kg/m³);
- V – 입구 단면에서의 유체 속도(m/s).
공기 덕트의 에너지 효율을 결정하는 이러한 매개변수는 터닝 베인 설계에 크게 의존합니다.
[4]에 따르면 복잡한 수력 요소의 총 저항은 길이 마찰 저항 ξL과 국부 저항 ξ0의 합으로 나타낼 수 있습니다.
ξSUM = ξL + ξ0
직선 공기 덕트의 경우 길이 저항은 길이에 비례하고 수력 직경에 반비례하며, 이는 다음 공식으로 표현됩니다.
ξL = (L / D) · f
여기서 f는 Darcy 마찰 계수입니다.
단순한 형태의 파이프(예: 원형, 사각형, 육각형)의 경우, f는 레이놀즈 수에만 의존하는 비선형 관계로 표현될 수 있습니다. [4]의 2장 또는 https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation을 참조하십시오.
매끄러운 벽을 가진 단순한 원형 파이프(원형 덕트)에 대해, 입구에서 안정화된 유동 프로파일이 발달하고 난류 영역(레이놀즈 수 Re > 4×103)인 경우 마찰 계수 f는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
실제 덕트의 경우 거칠기도 고려해야 합니다.
아래 그림 7은 Nikuradze가 [5-8]에서 처음 발표한 다양한 상대 벽 거칠기에 대한 레이놀즈 수 Re 대비 Darcy 마찰 계수의 플롯을 보여줍니다. 이 그래프는 Moody 다이어그램 [9] 또는 Colebrook-White 상관관계 [10-11]로도 알려져 있습니다. 매끄러운 파이프에 대한 현대적인 연구는 [12]에서 찾을 수 있습니다.
이 다이어그램은 거칠기가 다른 원형 파이프에 대한 f(Re)의 복잡한 의존성을 보여줍니다. 사각형 및 기타 비원형 파이프의 경우 다이어그램이 더 복잡해집니다. 따라서 유동 영역(레이놀즈 수), 덕트 형상 및 상대적인 벽 거칠기를 고려해야 합니다.
그림 7. 다양한 상대 거칠기에 대해 레이놀즈 수 Re에 대한 Darcy-Weissbach 마찰 계수 fD를 보여주는 Moody(일명 Nikuradze) 다이어그램 – 원본 다이어그램: S Beck 및 R Collins, 셰필드 대학교, CC BY-SA 4.0에 따라 공유됨, wikimedia.org
실제 거친 덕트의 경우에도 총 저항을 길이 저항과 국부 저항의 합인 ξSUM = ξL + ξ0으로 나타낼 수 있습니다.
이러한 합의 표현은 덕트 매개변수 연구를 단순화합니다. 국부 저항 ξ0은 단순화된 요소 형상(예: 더 작은 계산 도메인을 가진 문제의 주기적 공식화 또는 문제의 2D 버전)에 대해 계산될 수 있기 때문입니다. 섹션의 높이가 3미터, 길이가 18미터이고 1,000만 개 이상의 메시 요소 크기에서 그리드 수렴이 적절하게 나타나기 시작하는 그림 4에 표시된 예시의 거대한 계산 도메인 크기에 유의하십시오. 이러한 사례에 대해 주기적 또는 2D 조건을 갖는 문제 공식화의 변형은 메시 요소 수가 훨씬 적을 수 있으며, ΔP(v) 그래프에 대한 각 속도 지점의 단순화된 계산은 몇 시간이 아닌 몇 분 또는 몇 초밖에 걸리지 않습니다.
따라서 두 저항의 합으로 분할하면 계산을 크게 단순화할 수 있습니다. 국부 저항 ξ0을 빠르게 결정한 다음 길이 저항 ξL을 더할 수 있습니다. 후자는 알려진 표에서 또는 무차원 수 및 공기 덕트 형상 매개변수를 기반으로 하는 단순화된 방정식을 사용하는 근사 공식을 통해 빠르게 추정할 수 있습니다. 유동 방향이 급격히 변하는 수력 및 덕트 네트워크 요소(각진 엘보우, 부드러운 굽힘, 터닝 베인이 있거나 없는 다양한 각도의 굽힘)의 경우, 포괄적인 수력 저항 핸드북(Handbook of hydraulic resistance) [4]의 6-1장 및 6-2장에 유사한 접근 방식과 방법이 제시되어 있습니다.
기술 사양
정밀 엔지니어링 및 성능 계산을 위한 포괄적인 기술 데이터입니다.
통합 냉각 기술
터널 설계를 혁신하는 당사의 터닝 베인은 통합된 내부 냉각수 채널을 특징으로 하여 공기 흐름 품질을 손상시키지 않으면서 우수한 열교환 효율을 제공합니다.
- 수백 킬로와트에서 수십 메가와트까지 확장 가능한 대규모 열 방출 용량.
- 공기 흐름 난류나 스트림 품질에 악영향을 주지 않는 효율적인 열 관리.
- 최대 열 효율을 위해 베인당 6개의 통합 내부 냉각 채널로 설계됨
- 표준 산업용 수냉 인프라와의 원활한 통합
제품 주요 특징
Tunnel Tech의 기류 터닝 베인(TTE-TV 제품)은 이 기술의 최전선에 있으며 기류 관리에서 비할 데 없는 효율성을 제공합니다. 당사의 제품은 실내 스카이다이빙 시설 및 풍동에서 HVAC 및 환기 시스템에 이르기까지 광범위한 애플리케이션을 위해 설계되었으며, 최첨단 공기역학적 설계와 에너지 효율성을 구현합니다.
공기 덕트 내 터닝 베인 섹션 성능
Tunnel Tech의 고성능 기류 안내 베인은 출력 및 공기역학적 효율에 대한 업계 표준을 제시합니다. 당사의 에너지 절약형 터닝 베인은 공기역학적 마찰을 최소화하도록 설계되어 원활한 기류를 보장하고 에너지 소비를 줄입니다.
TunnelTech의 터닝 베인은 우수한 공기 덕트 국부 저항 특성을 가지고 있습니다. 위에서 설명한 바와 같이 Darcy-Weisbach 방정식을 사용하여 계산된 저항 매개변수는 다음 그림(아래 그림 8 참조) 및 터닝 베인 데이터시트에 제시되어 있습니다.
일반적으로 덕트 크기를 알 수 없는 경우, 길이에 따른 추가 벽 저항, 거칠기 및 기타 국부 매개변수의 영향을 고려하지 않고 주기적 측면 경계 조건을 특징으로 하는 이상화된 요소에 대한 값이 제공됩니다. 그림 8에는 주기적 경계 조건이 있는 15개 블레이드 스택의 무한 주기 시퀀스 근사치에서 계산된 Tunnel Tech 베인이 있는 이상화된 로터리 코너 요소에 대한 값이 나와 있습니다.
그림 8. Tunnel Tech 터닝 베인 국부 저항 계수 및 해당 압력 강하.
HVAC 또는 기타 수력 시스템이 유동 경로를 따라 유동 영역의 단면 모양을 일반적으로 변경하지 않는 덕트로 구성된 경우, 근사 계산을 위해 단위 길이당 저항률을 추정하는 것이 편리합니다(물론 전체 속도 범위에 대해 추정해야 함).
KL = ξL / L = f / Dh
여기서 Dh는 덕트 수력 직경입니다. KL 값은 위에서 논의한 바와 같이 참고 서적에서 쉽게 결정할 수 있습니다. 따라서 여기에 길이를 곱하고 데이터시트에서 얻거나 독립적으로 계산된 국부 저항 값 ξ0을 더하면 시스템의 총 압력 손실을 빠르게 추정할 수 있습니다.
ξSUM = KL · L + ξ0
계산에 사용된 가스 매개변수 및 거칠기를 갖는 2×2 미터 사각 덕트의 그림 4에 표시된 위의 예시적인 예는 K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa 정도의 단위 길이당 저항률을 갖습니다. 이 값은 굽힘, 베인 또는 기타 내부 장비를 고려하지 않고 사각 덕트를 평가할 때 적용됩니다. 공기 질량이 덕트를 따라 이동하는 전체 길이 21미터의 경우 ~44 파스칼의 압력 강하가 발생합니다. 여기에 그림 8에 표시된 값(터닝 베인 데이터시트(표 A.2.1)에 따라 취한 20 m/s 속도에 대해 11 Pa)을 더하면 로터리 베인이 있는 실제 2×2 사각 덕트 섹션의 총 저항은 55 Pa이 됩니다. 이 값은 그림 4, 사례 5에 표시된 값과 잘 일치합니다.
CFD 방법을 사용하지 않고 모든 모양의 덕트 저항을 계산하는 근사적인 방법에 대한 자세한 정보는 <a href="#references">[4]</a> 또는 유사한 문헌에서 쉽게 찾을 수 있습니다.
주의! 그림 4에 표시된 예는 로터리 베인의 작동을 시연하기 위한 특수한 경우일 뿐이며 임의의 덕트를 평가하는 데 사용할 수 없습니다! 그림 8은 더 넓은 맥락에서 적용할 수 있지만 고객 덕트의 특정 매개변수를 고려해야 합니다. 각각의 특정 시스템에는 상세한 분석이 필요하며, 이는 Tunnel Tech에 주문할 수 있습니다. 덕트 수력 저항의 정확한 계산과 환기 또는 풍동 장비의 에너지 소비에 대한 전문가 평가를 원하시면 당사에 문의해 주십시오.
산업용 냉각 및 가열을 위한 터닝 베인
산업용 공기 덕트용 안내 베인 중에서도 독보적인 당사 제품은 높은 유량으로 냉각재를 순환시키는 기능을 제공하여 공기가 덕트를 통과할 때 효율적인 냉각 또는 가열을 가능하게 합니다. 이 기능은 실내 기후 제어 베인 및 저저항 공기 덕트 통합 열교환기 사용을 위한 열 조절의 새로운 가능성을 열어주며, 고객에게 기류 요구 사항에 맞는 다목적 솔루션을 제공합니다.
외부 공기와 코너 베인 냉각재 사이의 대수 평균 온도차(ΔTLMTD) 1켈빈당 터닝 베인 길이 1미터당 열유속(와트)을 정량화하는 HTCL(선형 미터당 열전달 계수) 계산 방법을 사용하여 평가된 당사의 안내 베인은 다양한 기류 조건에서 효과적인 열 방출을 위해 설계되어 안정적인 성능과 온도 조절을 보장합니다.
수랭식 터닝 베인에 대한 열전달 계수 매개변수는 습공기 및 건조 공기 모두에 대해 그림 9에 제시되어 있으며, 여기서 ΔP [kPa]는 입구 및 출구 베인 포트(그림 10의 파란색 및 빨간색) 사이의 수압 차이를 나타냅니다.
그림 10. 터닝 베인 냉각 채널
그림 9. HTCL 계수. 입구 및 출구 냉각재 채널 포트 사이의 다양한 냉각재 압력 차이(물)에서의 건조(RH=0%) 및 습윤 공기(30°C에서 RH=90%).
폐열 회수를 위한 터닝 베인
열교환 채널이 통합된 냉각 일체형 터닝 베인은 다양한 애플리케이션에서 폐열 회수를 위한 다목적 솔루션을 제공합니다. 열교환기 시스템에 통합될 때 이러한 베인은 손실될 수 있는 잉여 열 에너지를 포착하여 열 회수 시스템으로 전달함으로써 전체 시스템 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
실제 애플리케이션에서 이 기술은 여러 분야에서 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 산업 공정에서 냉각 일체형 터닝 베인은 배기가스에서 폐열을 회수하여 유입되는 유체나 공기를 예열하는 데 재사용함으로써 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. HVAC 시스템에서는 배기와 유입 기류 간에 열을 전달하는 열 회수 환기 장치(HRV) 및 에너지 회수 환기 장치(ERV)와 같은 장치를 통해 유사한 원리가 적용됩니다. 이 공정은 유입되는 공기를 가열하거나 냉각하는 데 필요한 에너지를 최소화하여 상당한 에너지 절감 효과를 가져옵니다.
또한 냉각 일체형 터닝 베인은 발전 및 재생 에너지 부문에서 사용되는 시스템에 통합될 수 있습니다. 예를 들어, 열병합 발전(CHP) 시스템에서 전기 생산 시 발생하는 폐열을 회수하여 난방 목적으로 사용함으로써 시스템의 전반적인 효율성을 향상시킵니다. 지열 에너지 시스템에서 이러한 베인은 지구에서 추출한 열 에너지를 관리하여 열 전달 과정을 최적화하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
친환경 및 재생 에너지 이니셔티브에서 폐열 회수는 탄소 발자국을 줄이고 에너지 시스템의 지속 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 이 접근 방식은 효과적인 열 관리를 통해 자원 효율성을 개선하고 운영 비용을 절감함으로써 린 제조 원칙과 일치합니다. 또한 ESG 프로젝트에서 이러한 기술을 통합하는 것은 환경 영향을 최소화하고 자원 사용을 최적화하려는 의지를 보여주며, 더 넓은 지속 가능성 목표와 일치합니다.
열 회수 – 관련 프로젝트
Tunnel Tech는 냉각 일체형 터닝 베인을 사용하여 폐열 회수를 위해 설계된 열교환기 및 HVAC 시스템과 관련된 프로젝트를 구현한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다. 손실될 수 있는 열 에너지를 포착하고 용도를 변경하도록 설계된 열교환기 설정에 이러한 베인을 통합함으로써 Tunnel Tech는 다양한 산업 및 상업 공정에서 폐열을 보다 효과적으로 회수할 수 있도록 합니다. 이 접근 방식은 에너지 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 소비 및 운영 비용을 절감하여 지속 가능성 목표를 지원합니다.
애플리케이션
당사의 터닝 베인은 다양한 산업 및 애플리케이션에 사용됩니다.
HVAC 시스템
| 상업용 건물 | 덕트 최적화, 에너지 효율성, 운영 비용 절감, 공기 질 및 온도 효율적 관리를 통한 건강 및 안전 증진 |
| 주거 단지 | 최적의 공기 질과 기류로 편안한 주거 환경을 보장하며 건강과 안전을 증진합니다. |
| 데이터 센터 | 열 관리 기류 베인이 서버 성능과 수명 연장에 필수적인 온도 및 습도 수준을 유지합니다. |
토목 공학 환기 시스템
| 병원 및 의료 시설 | 조용하게 작동하는 터닝 베인이 환자와 직원을 보호하기 위한 필수적인 공기 질 제어를 제공하며, 공기 질과 온도를 효율적으로 관리하여 건강과 안전을 증진합니다. |
| 교육 기관 | 개선된 공기 순환을 통해 쾌적한 학습 환경을 조성합니다. |
환경 제어
| 전자, 바이오테크, 푸드테크 및 기타 첨단 시설 / 클린룸 | 첨단 기술 및 까다로운 생산 공정을 위해 온도와 습도를 조절합니다. 공조 안내 베인이 제조 및 연구를 위한 엄격한 기류 기준을 유지합니다. |
| 스포츠 경기장 | 선수와 관중 모두에게 편안함과 안전을 보장합니다. |
산업 및 특수 애플리케이션
| 터널 건설 및 유지보수 | 터널 환경에서 작업자의 공기 질과 안전을 개선합니다. |
| 산업 시설 | 덕트 최적화, 에너지 효율성, 지속 가능한 개발, 운영 비용 절감 |
| 주조 공장 및 고부하 산업 시설 | 에너지 효율성, 운영 비용 절감, 폐열 에너지 회수, 탈탄소화 및 ESG, 고부하 HVAC 공기 덕트, 열 관리 |
| 해양 공학 | 선원 편의와 장비 신뢰성을 위해 선박 및 잠수함의 환기 시스템을 강화합니다. |
| 광업 및 지하 건설 | 광산 및 기타 지하 구조물에 필수적인 환기를 제공하여 위험한 상황의 발생 위험을 줄입니다. |
이러한 각각의 애플리케이션은 TunnelTech 터닝 베인의 첨단 설계와 기능 덕분에 효율적인 기류 관리에서 큰 도약을 이룰 수 있습니다. TunnelTech의 저항이 적은 공기 안내 베인을 선택함으로써 고객은 시스템 성능 목표를 달성하는 것을 넘어 그 이상을 기대할 수 있으며, 동시에
- •에너지 소비* 최대 30% 절감
- •소음* 60% 감소(기존 공기 덕트 대비)
* – TT45 PRO 풍동 형상에 대한 실험 결과입니다.
터닝 베인을 특정 요구 사항에 맞게 맞춤화하는 방법에 대한 문의 및 자세한 내용은 당사 팀에 문의해 주십시오. 최적의 기류 관리 솔루션을 달성하는 데 TunnelTech가 파트너가 되어 드리겠습니다.
설치 및 유지보수
- •치수 및 사양
설치 전 덕트 치수 및 터닝 베인 사양을 확인하십시오.
- •장착 옵션
클램프 온, 볼트 온 및 용접 온 구성으로 제공됩니다.
- •하중 취급
안전한 운송 및 위치 지정을 위해 하중 취급 지침을 따르십시오.
- •단계별 설치
각 제품 배송 시 상세한 설치 지침이 제공됩니다.
- •검사 일정
베인 정렬 및 구조적 무결성을 확인하기 위한 정기적인 육안 검사
- •청소 절차
베인 표면에 쌓인 먼지와 이물질을 제거하기 위한 주기적인 청소
- •마모 및 손상 모니터링
부식, 침식 또는 기계적 손상의 징후 모니터링
- •문제 해결 가이드
진동, 소음 또는 기류 효율 저하와 같은 일반적인 문제 해결
문서
Tunnel Tech 풍동 코너 섹션 어셈블리 및 터닝 베인 매개변수에 대한 기술 정보는 TTE-TSA 및 TTE-TV 제품의 종합 데이터시트에서 확인할 수 있습니다. 이 문서에는 설계 옵션, 수평 및 수직 90도 유동 회전 코너의 국부 저항, 냉각 일체형 터닝 베인의 수력 및 열 전달 매개변수에 대한 정보가 포함되어 있습니다.
TTE-TSA 데이터시트 다운로드 (PDF)참고 문헌 및 관련 간행물
풍동, 산업용 덕트 작업, HVAC 덕트 및 기류 관리 장비, 팬 정류기 등을 위한 로터리 블레이드의 설계 및 최적화에 대한 추가 정보는 아래 링크에서 확인할 수 있습니다.
- 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.