Ortakių posūkio kampai
Didelio našumo posūkio menčių sprendimai vėjo tuneliams, ŠVOK sistemoms ir pramoniniam pritaikymui
Įvadas į posūkio mentes
Oro srauto valdymo srityje ortakių kampų dizainas vaidina pagrindinį vaidmenį vėdinimo, ŠVOK sistemų ir vėjo tunelių efektyvumui ir funkcionalumui. Kai oras priverčiamas daryti staigų posūkį, kaip dažnai reikalaujama ortakių sistemose, jis susiduria su padidėjusiu hidrauliniu pasipriešinimu, kas lemia didesnius slėgio nuostolius ir turbulenciją. Tai ne tik mažina sistemos efektyvumą reikalaujant daugiau energijos oro srautui palaikyti, bet ir veikia ortakio konstrukcinį vientisumą dėl netolygaus slėgio, kurį sukelia turbulentiniai srautai.
Čia į pagalbą ateina posūkio mentės, dar žinomos kaip kampinės mentės arba kreipiamosios mentės (1 pav.). Suprojektuotos montuoti kampuose, ortakio kampinės mentės leidžia orui įveikti posūkį su minimaliu pasipriešinimu, efektyviai sumažinant slėgio nuostolius ir slopinant turbulenciją be papildomos erdvės, kurios reikalauja tolygūs spinduliniai posūkiai. Dėl to posūkio mentės yra idealus sprendimas efektyviam oro srauto valdymui kompaktiškoje erdvėje.
1 pav. Tunnel Tech posūkio menčių kampinės sekcijos mazgas
Didelio našumo kreipiamųjų menčių sekcijos, konkuruojančios su bendriniais ŠVOK sprendimais.
Tradicinis sprendimas minėtiems žalingiems padidėjusios turbulencijos, slėgio nuostolių ir triukšmo reiškiniams staigiai lenktame ortakyje įveikti yra projektuoti radialines ortakių alkūnes (2 pav. ir 4 pav., 2 atvejis). Šios alkūnės, nors ir veiksmingos tam tikram turbulencijos, triukšmo ir slėgio nuostolių (kurie būdingi staigiam posūkiui, kaip matyti 4 pav., 1 atvejis) mažinimui, turi savų problemų.
Kelios tradicinės vėdinimo ortakių sistemos su posūkiu, pagamintu iš tolygiai lenkto lakštinio metalo su lenktais srauto kreiptuvais, pateikiamos 2 pav. kairėje. Paveikslėlyje pavaizduoti keli standartinių variantų pavyzdžiai, dažnai naudojami ŠVOK ortakiuose, pvz., atitinkantys DW144 ortakių standartus.
Tokie ortakių sprendimai yra įprasti ir ekonomiški mažiems pritaikymams civilinėje inžinerijoje, smulkiajame versle ir mažos galios ŠVOK sistemose, kur energijos kaina nėra reikšmingas veiksnys. Tačiau šis dizainas nėra geras sprendimas vėdinimo ir aušinimo sistemoms vidutinio ir didelio masto bei didelio našumo energijos gamybos, metalurgijos, turbinų mašinų, šilumokaičių, atliekinės šilumos rekuperacijos ir šiuolaikinėse žaliosios bei atsinaujinančios energijos srityse, kur hidraulinis efektyvumas ir energijos taupymas yra privalomi.
Tačiau nereikia kiekvieną kartą kurti nestandartinio ortakio, kai hidraulinio tinklo energijos suvartojimą reikia optimizuoti iki tobulumo. Tame pačiame 2 paveiksle dešinėje parodytas Tunnel Tech įstrižos kreipiamųjų menčių sekcijos variantas, kuris yra energetiškai efektyvus, mažo triukšmo ir mažos turbulencijos, atitinkantis pramonės standartus ŠVOK sistemoms, bet taip pat gali būti naudojamas didelio masto ir didelės galios pramoniniuose atvejuose. Didelio masto objekto pavyzdys, kuriame įstriža posūkio menčių sekcija gali būti lengvai integruota, parodytas 3 pav..
2 pav. Tradicinė vidutinio masto ŠVOK tolygi alkūnė su skirstytuvo mente iš lakštinio metalo, DW144 standartas (kairėje), ir didelio našumo Tunnel Tech posūkio menčių įstrižas mazgas standartiniams ortakiams (dešinėje).
3 pav. Didelio masto Tunnel Tech oro ortakių posūkio sekcijos vėjo tuneliams, energijos gamybai ir pramoniniam pritaikymui.
Posūkio menčių dizainas slėgio kritimo, turbulencijos ir triukšmo mažinimui
Skirtingų posūkio kampų konstrukcijų palyginimui slėgio nuostoliai (ΔP) ir CFD modeliuoti srauto modeliai pateikiami žemiau esančiame 4 pav.. Kaip demonstracinis pavyzdys pasirinktas 20 m/s įeinančio oro srauto greitis ir 2×2 m kvadratinis ortakis. 20 m/s greičio diapazonas pasirinktas demonstravimo tikslais, nes paprastai profesionalūs vertikalūs vėjo tuneliai, skirti indoor skydiving, didžiąją laiko dalį veikia režimais, kai srauto greitis besisukančioje sekcijoje svyruoja nuo 10 iki 30 m/s. CFD skaičiavimai atlikti 1 standartinei atmosferai esant 20 °C ir nulinei oro drėgmei su suspaudžiamomis dujomis ir adiabatine siena, kurios šiurkštumas 250 µm. Naudotas 6–10 mln. gardelės elementų tinklas vienai sričiai. Įėjimo riboje taikytas plokščias įėjimo profilis ir 2 % turbulencija. Turbulencija vertinta naudojant k-ε modelį.
Dėmesio! Atkreipkite dėmesį, kad 4 pav. pateiktos iliustracijos yra konkretūs pavyzdžiai, pateikti tik siekiant iliustruoti veikimo principus ir palyginti kelis rotacinių kampinių sekcijų tipus. Šie atvejai negali būti laikomi bendrais absoliučiai kiekvienam naudojimo atvejui. Kiekvienai realiai vėdinimo sistemai ar kitam hidrauliniam tinklui kiekviename skaičiavimo taške būtina atsižvelgti į specifinius hidraulinius parametrus, ortakio dydį ir formą, šiurkštumą ir struktūrinius nelygumus, srauto nevienalytiškumą ir tikslius fizikinius dujų parametrus. Tokį skaičiavimą konkrečiai sistemai galite užsisakyti susisiekę su mumis.
Aprašomi šie projektavimo atvejai:
- Kampinė sekcija be kreipiamųjų menčių.
- Tolygiai lenkta kampinė sekcija (r = ½ ortakio aukščio) su radialiai lenktais srauto kreiptuvais. Slėgio kritimas taip pat priklauso nuo ortakio tarpiklių skaičiaus ir geometrijos. Parodytas pavyzdys su minimaliu optimalios formos oro srauto skirstytuvų skaičiumi.
- Paprastos radialiai lenktos plonos plokštės (10–20 mm storio).
- Tipinės neoptimizuotos artimiausių konkurentų posūkio mentės.
- Tunnel Tech posūkio mentės (TTE-TV) su optimizuotu profiliu.
Didžiausia apvaliai lenktų ortakių su nedideliu skaičiumi paprastų lenktų plokščių skirtuvų (arba visai be kreipiamųjų menčių) problema yra slėgio ir greičio pasiskirstymo modelis posūkio sekcijos išėjime (4 pav., 2 atvejis, žr. išėjimo skerspjūvį). Šis modelis rodo, kad greitis didės nuo išorinės sienos link vidinės kiekvieno srauto podomenio sienos, todėl srautas bus netolygus, atsiras didelė turbulencija ir triukšmas. Kuo mažesnis posūkio spindulys, tuo didesnė srauto atsiskyrimo, slėgio ir greičio lauko iškraipymo, triukšmo lygio ir slėgio kritimo vertės tikimybė.
Vienintelis būdas išspręsti šias problemas yra didelis tokios kampinės sekcijos kreivumo spindulys ir oro srauto kreipiamųjų menčių skaičiaus padidinimas. Čia atsiranda antroji problema – padidėjusi erdvė, reikalinga tokiems posūkiams sutalpinti, ir kelių radialinių ortakio tarpiklių, pritaikytų ortakio skerspjūviui, medžiagų kaina. Didelėse ortakių sistemose naudojant tolygius spindulinius posūkius gali susidaryti nepagrįstai didelės konstrukcijos, todėl šis metodas daugeliu atvejų tampa nepraktišku, ypač ten, kur erdvė yra ribota. Papildoma reikalinga erdvė parodyta punktyrinėmis linijomis žemiau esančiame 4 pav., 2 atvejis. Reikia padidinti kiekvieno posūkio aukštį ir plotį mažiausiai ½ ortakio dydžio. Recirkuliaciniams vėjo tuneliams tai reiškia pastato matmenų padidėjimą keliais metrais kiekviena kryptimi, o tai lemia didesnes ortakių sistemos išlaidas ir didesnes kapitalo investicijas. Be to, kiekvienas srauto dalytuvas kainuos tiek pat, kiek ir ortakio siena.
4 pav. Kampinės sekcijos ortakių sistemoje – konstrukcijos ir našumo palyginimas
Optimalus sprendimas vėjo tuneliams ir pramoniniam vėdinimui yra posūkio sekcijos rotacinės mentės su sparno profiliu, išdėstytos įstrižai, kaip pavaizduota 4 pav., 3–5 atvejai.
Visi aukščiau pateikti CFD paveikslėliai atitinka ortakio kampinę sekciją su 2x2 m įėjimu esant 20 m/s oro srauto greičiui, kaip pavyzdį, labiausiai aktualų indoor skydiving ir mažo greičio ikigarsinių vėjo tunelių naudojimo atvejams.
4 pav. 3 atvejis rodo kampinę sekciją su paprastomis kreipiamosiomis mentėmis, pagamintomis iš plonų lenktų metalo lakštų. 4 pav. 4 atvejis yra geriausias rotacinių menčių pavyzdys, kurį siūlo artimiausi TunnelTech konkurentai. Abu variantai turi mažesnį stygos ilgį ir neoptimizuotą aerodinaminio profilio formą, dėl ko sekcijos išėjime atsiranda liekamasis srauto netolygumas, didesnis aerodinaminis pasipriešinimas ir ortakio triukšmas. Plonos mentės iš paprastų lenktų metalo lakštų paprastai viršija leistinus triukšmo lygius net esant mažam oro greičiui, o variantas su storu ir trumpu profiliu bei mažu stygos ir storio santykiu taip pat turės mažesnį paviršiaus plotą, kas yra nepageidaujama tais atvejais, kai šilumos perdavimui naudojamos aušinamos posūkio mentės.
Apatinėje 4 pav. 5 atvejo dalyje parodytas ortakio kampas su didelio našumo Tunnel Tech posūkio mentėmis (užsakymui naudokite šį kodą: TTE-TV-90). Kaip matyti iš skerspjūvių, srautas yra tolygesnis naudojant tinkamai profiliuotas kreipiamąsias mentes, o tai lemia mažesnį slėgio kritimą ir mažą turbulenciją.
Išeinančio oro slėgio/greičio profilis taip pat yra daug geresnis Tunnel Tech kampinėse sekcijose su ilgos stygos mentėmis nei kitais atvejais. Tai lemia neprilygstamą Tunnel Tech aerodinaminę kokybę, kurią atspindi daugybė profesionalių parašiutininkų ir kitų klientų atsiliepimų.
Visi aukščiau aptarti duomenys, įskaitant stygos ilgį ir aušinimo parinktis, taip pat pateikiami <strong>1 lentelėje</strong>.
| Atvejis / Mentės tipas | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Stygos ilgis (mm) | Aušinimas |
|---|---|---|---|---|
| 1. Be menčių, staigus posūkis | 114 | 0.47 | — | Ne |
| 2. Tolygiai lenkta kampinė sekcija | 41 | 0.17 | > 2000 | Ne |
| 3. Paprastos radialiai lenktos plonos plokštės | 80 | 0.33 | 250–500 | Ne |
| 4. Artimiausių konkurentų posūkio mentės | 88 | 0.37 | 280 | Taip |
| 5. Tunnel Tech optimizuotos posūkio mentės | 57 | 0.24 | 500 | Taip |
Hidraulinių nuostolių koeficiento vertės greičio diapazonui iki 100 m/s ortakio posūkio sekcijai su TunnelTech ir konkurentų mentėmis, be variacijų dėl pradinių duomenų pasirinkimo, pateiktos 5 pav..
Daugiau informacijos apie hidraulinius nuostolius per ortakio ilgį, vietinį pasipriešinimą ir bendrąjį hidraulinių nuostolių koeficientą pateikiama toliau.
5 pav. Tunnel Tech ir konkurentų posūkio sekcijų palyginimas. Darcy-Weisbach hidraulinių nuostolių koeficientas tai pačiai geometrijai ir pradinėms skaičiavimo sąlygoms.
Turbulencijos mažinimas patikimiems hidrauliniams ir konstrukcijų saugos skaičiavimams
6 pav. Tunnel Tech kampinės menčių sekcijos turbulencijos mastelis (m) esant 20 m/s
Tolygus ir nuspėjamas slėgio/greičio profilis yra ypač svarbus tose srityse, kur didelė turbulencija ar srauto atsiskyrimas yra nepriimtini, pavyzdžiui, eksperimentiniuose vėjo tuneliuose, indoor skydiving įrenginiuose ir didelės galios sistemose. Šie parazitiniai reiškiniai, taip pat slėgio pulsacijos, kurias sukelia srauto atsiskyrimas ir didelio masto turbulencija, taip pat yra nepriimtini įrenginiuose, kuriuose reikalaujama, kad nebūtų akustiškai sukeltų vibracijų, ir kur dėl ortakio konstrukcinio stabilumo reikalavimų neleidžiami jokie statinio slėgio nuokrypiai. Be to, šie turbulentiniai srautai yra dažnas triukšmo šaltinis, dar labiau mažinantis bendrą sistemos našumą ir galutiniams vartotojams teikiamą komfortą.
Taip pat reikėtų atsižvelgti į tai, kad srauto nelygumai linkę toliau vystytis ir stiprėti, jei nenaudojami specialūs tiesintuvai, koriai, deturbulizacijos tinklai ar kiti oro srauto valdymo įtaisai [1-3]. Tiksli dujų dinaminė analizė reikalauja apskaičiuoti kiekvieno kito ortakio elemento pasipriešinimą, atsižvelgiant į realų įėjimo slėgio/greičio profilį, kuris susidaro ankstesniame hidraulinio tinklo elemente. Ilgiems hidrauliniams tinklams dažnai neįmanoma atlikti visos sistemos CFD modeliavimo dėl didžiulių matmenų. Tokiai situacijai naudojami apytiksliai pusiau empiriniai skaičiavimai, apimantys skysčio bedimensius skaičius ir geometrijos kriterijus [4], arba programinė įranga, pagrįsta tokiais metodais. Taip pat FEA modeliavimas ortakio konstrukciniam stabilumui nustatyti paprastai atliekamas taikant stabilų statinio slėgio lauką ortakio sienelėms. Taigi, pasroviui besivystantys dideli srauto nelygumai taip pat gali įnešti paklaidų į saugai kritinius laikančiųjų konstrukcijų tyrimus.
Apytiksliai metodai paprastai nenagrinėja greičio profilio iškraipymo hidraulinio tinklo elemento įėjime ir geriausiu atveju atsižvelgia į tai, ar profilis yra išvystytas, ar dar neišvystytas (tolygus), bei į ribinio sluoksnio parametrus. Vėjo tuneliuose ir pramoninėse vėdinimo sistemose kiekvienas srauto posūkis gali sukelti netolygumą ir stiprų srauto sukimąsi, o tai lemia neapibrėžtumą skaičiuojant hidraulinį pasipriešinimą ilguose hidrauliniuose tinkluose. Todėl, kur įmanoma, reikėtų vengti didelių greičio profilio nelygumų atsiradimo.
6 pav. ir iš aukščiau išdėstytos informacijos matyti, kad posūkio sekcijų su TunnelTech posūkio mentėmis parametrai yra tokie, kad jos ne tik nesukuria papildomų srauto trikdžių, bet ir gali būti naudojamos sūkuriams ir netolygumams slopinti pasroviui nuo posūkio sekcijos. Taigi, rotacinė sekcija su TunnelTech mentėmis taip pat gali veikti kaip efektyvus srauto tiesintuvas, jei ji sumontuota po ašinio ventiliatoriaus, ortakio difuzoriaus, šilumokaičio, bandymo sekcijos, atsišakojimo ar įsijungimo į ortakį, ar bet kokio kito turbulenciją generuojančio objekto.
Vietinio pasipriešinimo koeficientas
Posūkio kampo vietinio pasipriešinimo charakteristikas galima apskaičiuoti naudojant gerai žinomą Darcy-Weisbach lygtį:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kur:
- ΔP – bendrieji slėgio nuostoliai (slėgio kritimas) Pa;
- ξ – vietinio pasipriešinimo (Darcy-Weisbach) koeficientas;
- ρ – skysčio tankis (kg/m³);
- V – skysčio greitis įėjimo skerspjūvyje (m/s).
Šie parametrai, lemiantys ortakio energijos efektyvumą, labai priklauso nuo posūkio menčių konstrukcijos.
Pagal [4], bendrąjį sudėtingo hidraulinio elemento pasipriešinimą galima pavaizduoti kaip ilgio trinties pasipriešinimo ξL ir vietinio pasipriešinimo ξ0 sumą:
ξSUM = ξL + ξ0
Tiesiam ortakiui ilgio pasipriešinimas yra proporcingas ilgiui ir atvirkščiai proporcingas hidrauliniam skersmeniui, kas išreiškiama formule:
ξL = (L / D) · f
kur f yra Darcy trinties koeficientas.
Paprastos formos vamzdžių atveju (pvz., apskritimo, kvadrato, šešiakampio), f gali būti išreikštas netiesine priklausomybe tik nuo Reinoldso skaičiaus – žr. [4] šaltinio 2 skyrių arba https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Trinties koeficientą f paprastam apvaliam vamzdžiui (apskritam ortakiui) su lygiomis sienelėmis, esant išvystytam stabilizuotam srauto profiliui įėjime ir turbulentiniam režimui (Reinoldso skaičiai Re > 4×103), galima apskaičiuoti pagal formulę:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Realiems ortakiams taip pat būtina atsižvelgti į šiurkštumą.
Žemiau esančiame 7 pav. parodytas Darcy trinties koeficiento grafikas priklausomai nuo Reinoldso skaičiaus Re esant įvairiam santykiniam sienelių šiurkštumui, kurį pirmą kartą paskelbė Nikuradze [5-8]. Šis grafikas taip pat žinomas kaip Moody diagrama [9] arba Colebrook-White koreliacija [10-11]. Šiuolaikinius tyrimus lygiems vamzdžiams galima rasti [12].
Ši diagrama rodo sudėtingą f(Re) priklausomybę apvaliam vamzdžiui, turinčiam skirtingą šiurkštumą. Kvadratiniams ir kitiems neapvaliems vamzdžiams diagrama bus sudėtingesnė. Todėl būtina atsižvelgti į srauto režimus (Reinoldso skaičių), ortakio formą ir santykinį sienelių šiurkštumą.
7 pav. Moody (dar žinoma kaip Nikuradze) diagrama, rodanti Darcy–Weissbach trinties koeficientą fD priklausomai nuo Reinoldso skaičiaus Re esant įvairiam santykiniam šiurkštumui – Originali diagrama: S Beck ir R Collins, Šefildo universitetas, bendrinama pagal CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Realių šiurkščių ortakių atveju vis tiek įmanoma pavaizduoti bendrąjį pasipriešinimą kaip ilgio pasipriešinimo ir vietinio pasipriešinimo sumą ξSUM = ξL + ξ0.
Toks sumos atvaizdavimas supaprastina ortakio parametrų tyrimą, nes vietinį pasipriešinimą ξ0 galima apskaičiuoti supaprastintai elemento geometrijai – pavyzdžiui, periodinėje problemos formuluotėje su mažesne skaičiavimo sritimi arba 2D problemos versijoje. Atkreipkite dėmesį į didžiulį skaičiavimo srities dydį pavyzdžiuose, parodytuose 4 pav., kur sekcijos aukštis yra 3, o ilgis – 18 metrų, ir tinklelio konvergencija pradeda tinkamai pasireikšti esant daugiau nei 10 milijonų tinklelio elementų. Problemos formuluotės variantas su periodinėmis arba 2D sąlygomis šiems atvejams galėtų turėti eilę kartų mažesnį tinklelio elementų skaičių, o supaprastintas kiekvieno greičio taško skaičiavimas ΔP(v) grafikui užtruktu tik kelias minutes ar net sekundes, o ne valandas.
Taigi, padalijimas į dviejų pasipriešinimų sumą gali žymiai supaprastinti skaičiavimus – galima greitai nustatyti vietinį pasipriešinimą ξ0, o tada pridėti ilgio pasipriešinimą ξL. Pastarąjį galima greitai įvertinti iš žinomų lentelių arba pagal apytiksles formules, naudojant supaprastintas lygtis, pagrįstas bedimensiais skaičiais ir ortakio geometrijos parametrais. Hidrauliniams ir ortakių tinklo elementams su staigiais srauto krypties pokyčiais (kampinės alkūnės, tolygūs posūkiai, posūkiai skirtingais kampais su ir be posūkio menčių) panašus požiūris ir metodas pateikiamas išsamaus Hidraulinio pasipriešinimo žinyno [4] 6-1 ir 6-2 skyriuose.
Produkto akcentai
Tunnel Tech oro srauto posūkio mentės (TTE-TV produktas) yra šios technologijos priešakyje, siūlydamos neprilygstamą efektyvumą oro srauto valdyme. Mūsų produktai skirti įvairioms pritaikymo sritims, nuo indoor skydiving įrenginių ir vėjo tunelių iki ŠVOK ir vėdinimo sistemų, įkūnydami pažangiausią aerodinaminį dizainą ir energijos efektyvumą.
Posūkio menčių sekcijos našumas ortakiuose
Tunnel Tech didelio našumo oro srauto kreipiamosios mentės nustato pramonės standartą galiai ir aerodinaminiam efektyvumui. Mūsų energiją taupančios posūkio mentės yra suprojektuotos taip, kad sumažintų aerodinaminę trintį, užtikrinant sklandų oro srautą ir mažinant energijos suvartojimą.
TunnelTech posūkio mentės pasižymi puikiomis ortakio vietinio pasipriešinimo charakteristikomis. Pasipriešinimo parametrai, apskaičiuoti naudojant Darcy-Weisbach lygtį, kaip aprašyta aukščiau, pateikiami šiuose paveiksluose (žr. 8 pav. žemiau) ir Posūkio menčių duomenų lape.
Bendrai, kai ortakio dydis nežinomas, vertės pateikiamos idealizuotam elementui su periodinėmis šoninėmis ribinėmis sąlygomis, neatsižvelgiant į papildomą sienelių pasipriešinimą per ilgį, šiurkštumą ir kitų vietinių parametrų įtaką. 8 pav. pateiktos vertės idealizuotam rotaciniam kampiniam elementui su Tunnel Tech mentėmis, kuris buvo apskaičiuotas begalinės periodinės sekos aproksimacijoje 15 menčių rietuvei su periodinėmis ribinėmis sąlygomis.
8 pav. Tunnel Tech posūkio mentės vietinio pasipriešinimo koeficientas ir atitinkamas slėgio kritimas.
Jei ŠVOK ar kita hidraulinė sistema susideda iš ortakių, kurie iš esmės nekeičia srauto ploto skerspjūvio formos išilgai srauto kelio, apytiksliams skaičiavimams patogu įvertinti savitąją varžą ilgio vienetui (žinoma, įvertinamą visam greičio diapazonui):
KL = ξL / L = f / Dh
kur Dh yra ortakio hidraulinis skersmuo. KL vertę lengva nustatyti iš žinynų, kaip aptarta aukščiau. Taigi, padauginus tai iš ilgio ir pridėjus vietinio pasipriešinimo vertes ξ0, gautas iš duomenų lapų arba apskaičiuotas savarankiškai, galima greitai įvertinti bendrus slėgio nuostolius sistemoje.
ξSUM = KL · L + ξ0
Aukščiau pateikti iliustraciniai pavyzdžiai, parodyti 4 pav., su 2×2 metrų kvadratiniu ortakiu ir skaičiavimuose naudotais dujų parametrais bei šiurkštumu, turi savitąją varžą ilgio vienetui K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2,1 Pa eilės. Ši vertė taikoma vertinant kvadratinį ortakį neatsižvelgiant į posūkius, mentes ar kitą vidinę įrangą. Visam 21 metro ilgiui, kurį oro masė nukeliauja ortakio viduje, slėgio kritimas bus ~44 Paskaliai. Pridėjus prie to vertę, parodytą 8 pav. (11 Pa greičiui 20 m/s, paimtą pagal Posūkio menčių duomenų lapą (A.2.1 lentelė)), gaunamas bendras 55 Pa pasipriešinimas realiai 2×2 kvadratinio ortakio sekcijai su joje esančiomis rotacinėmis mentėmis. Ši vertė gerai sutampa su verte, parodyta 4 pav., 5 atveju.
Daugiau informacijos apie apytikslius būdus apskaičiuoti bet kokios formos ortakių pasipriešinimą nenaudojant CFD metodų galima lengvai rasti <a href="#references">[4]</a> ar panašioje literatūroje.
Dėmesio! Atkreipkite dėmesį, kad 4 pav. pateikti pavyzdžiai yra tik specialus atvejis, skirtas pademonstruoti rotacinių menčių veikimą, ir negali būti naudojami vertinant bet kokį ortakį! 8 paveikslas taikomas platesniame kontekste, tačiau reikia atsižvelgti į specifinius kliento ortakio parametrus. Kiekvienai konkrečiai sistemai reikalinga detali analizė, kurią galite užsisakyti iš Tunnel Tech. Norėdami tiksliai apskaičiuoti ortakio hidraulinį pasipriešinimą ir gauti ekspertinį jūsų vėdinimo ar vėjo tunelio įrangos energijos suvartojimo įvertinimą, prašome susisiekti su mumis.
Papildomos informacijos apie paslaugas ir MTEP taip pat galima rasti Technologijų puslapyje ir Paslaugų skyriuje.
Pramoninio aušinimo ir šildymo posūkio mentės
Unikalios tarp pramoninių ortakių kreipiamųjų menčių, mūsų produktai suteikia galimybę cirkuliuoti aušinimo skystį dideliu srautu, leidžiant efektyviai aušinti arba šildyti orą jam tekant per ortakį. Ši funkcija atveria naujas šiluminio reguliavimo galimybes naudojant patalpų klimato kontrolės mentes ir mažo pasipriešinimo ortakyje integruotus šilumokaičius, suteikiant mūsų klientams universalius sprendimus jų oro srauto poreikiams.
Įvertintos naudojant HTCL (Šilumos perdavimo koeficientas tiesiniam metrui) skaičiavimo metodą, kuris kiekybiškai įvertina šilumos srautą (vatais) vienam posūkio mentės ilgio metrui kiekvienam logaritminio vidutinio temperatūrų skirtumo (ΔTLMTD) kelvinui tarp išorinio oro ir kampinės mentės aušinimo skysčio, mūsų kreipiamosios mentės yra suprojektuotos efektyviam šilumos išsklaidymui esant įvairioms oro srauto sąlygoms, garantuojant stabilų veikimą ir temperatūros reguliavimą.
Šilumos perdavimo koeficiento parametrai vandeniu aušinamoms posūkio mentėms pateikiami 9 pav., tiek drėgnam, tiek sausam orui, kur ΔP [kPa] reiškia vandens slėgio skirtumą tarp įėjimo ir išėjimo mentės angų (mėlyna ir raudona 10 pav.).
10 pav. Posūkio menčių aušinimo kanalai
9 pav. HTCL koeficientas. Sausas (RH=0 %) ir drėgnas oras (RH=90 % esant 30 °C) esant skirtingam aušinimo skysčio (vandens) slėgio skirtumui tarp įėjimo ir išėjimo aušinimo kanalo angų.
Posūkio mentės atliekinei šilumai rekuperuoti
Aušinamos posūkio mentės su integruotais šilumos mainų kanalais siūlo universalų sprendimą atliekinės šilumos rekuperacijai įvairiose srityse. Integruotos į šilumos mainų sistemas, šios mentės gali surinkti perteklinę šiluminę energiją, kuri kitu atveju būtų prarasta, perduodant ją į šilumos rekuperacijos sistemas, taip žymiai padidinant bendrą sistemos efektyvumą.
Praktikoje ši technologija gali būti naudojama daugelyje sričių. Pavyzdžiui, pramoniniuose procesuose aušinamos posūkio mentės gali rekuperuoti atliekinę šilumą iš išmetamųjų dujų ir nukreipti ją įeinančių skysčių ar oro pašildymui, taip mažinant energijos suvartojimą. ŠVOK sistemose panašūs principai taikomi naudojant tokius įrenginius kaip šilumos rekuperaciniai vėdinimo įrenginiai (HRV) ir energijos rekuperaciniai vėdinimo įrenginiai (ERV), kurie perduoda šilumą tarp išmetamo ir įeinančio oro srautų. Šis procesas sumažina energiją, reikalingą įeinančio oro šildymui ar vėsinimui, todėl sutaupoma daug energijos.
Be to, aušinamos posūkio mentės gali būti integruotos į sistemas, naudojamas energijos gamybos ir atsinaujinančios energijos sektoriuose. Pavyzdžiui, kombinuotos šilumos ir elektros energijos (CHP) sistemose atliekinė šiluma iš elektros gamybos yra rekuperuojama ir naudojama šildymo tikslams, pagerinant bendrą sistemos efektyvumą. Geoterminės energijos sistemose šios mentės gali padėti valdyti iš žemės išgaunamą šiluminę energiją, optimizuojant šilumos perdavimo procesus.
Žaliosios ir atsinaujinančios energijos iniciatyvose atliekinės šilumos rekuperacija vaidina kritinį vaidmenį mažinant anglies pėdsaką ir didinant energijos sistemų tvarumą. Šis požiūris dera su taupios gamybos principais gerinant išteklių efektyvumą ir mažinant eksploatavimo išlaidas per efektyvų šilumos valdymą. Be to, ESG projektuose tokių technologijų diegimas rodo įsipareigojimą mažinti poveikį aplinkai ir optimizuoti išteklių naudojimą, derinant su platesniais tvarumo tikslais.
Šilumos rekuperacija – susiję projektai
Tunnel Tech turi didelę patirtį įgyvendinant projektus, susijusius su šilumos mainų ir ŠVOK sistemomis, skirtomis atliekinės šilumos rekuperacijai naudojant aušinamas posūkio mentes. Integruodama šias mentes į šilumos mainų sistemas, suprojektuotas surinkti ir pakartotinai panaudoti šiluminę energiją, kuri kitu atveju būtų prarasta, Tunnel Tech įgalina efektyvesnį atliekinės šilumos atgavimą iš įvairių pramoninių ir komercinių procesų. Šis požiūris ne tik pagerina energijos efektyvumą, bet ir palaiko tvarumo tikslus mažinant energijos suvartojimą ir eksploatavimo išlaidas.
Pritaikymas
Mūsų posūkio mentės naudojamos įvairiose pramonės šakose ir srityse
ŠVOK sistemos
| Komerciniai pastatai | Ortakių optimizavimas; energijos efektyvumas; eksploatavimo išlaidų mažinimas; sveikatos ir saugos gerinimas efektyviai valdant oro kokybę ir temperatūrą; |
| Gyvenamieji kompleksai | Užtikrinkite patogią gyvenamąją aplinką su optimalia oro kokybe ir srautu; sveikatos ir saugos gerinimas; |
| Duomenų centrai | Šilumos valdymo oro srauto mentės palaiko kritinius temperatūros ir drėgmės lygius, užtikrinančius serverių našumą ir ilgaamžiškumą; |
Civilinės inžinerijos vėdinimo sistemos
| Ligoninės ir sveikatos priežiūros įstaigos | Tyliai veikiančios posūkio mentės užtikrina gyvybiškai svarbią oro kokybės kontrolę, apsaugančią pacientus ir personalą; gerina sveikatą ir saugą efektyviai valdant oro kokybę ir temperatūrą |
| Mokymo įstaigos | Sukurkite palankią mokymosi aplinką užtikrindami geresnę oro cirkuliaciją |
Aplinkos kontrolė
| Elektronika, biotechnologijos, maisto technologijos ir kiti aukštųjų technologijų objektai / Švariosios patalpos | Reguliuokite temperatūrą ir drėgmę aukštųjų technologijų ir reiklioms gamybos sritims; oro kondicionavimo kreipiamosios mentės palaiko griežtus oro srauto standartus gamybai ir tyrimams |
| Sporto arenos | Užtikrinkite komfortą ir saugumą tiek sportininkams, tiek žiūrovams |
Pramoninis ir specializuotas pritaikymas
| Tunelių statyba ir priežiūra | Pagerinkite oro kokybę ir darbuotojų saugą tunelių aplinkoje; |
| Pramonės objektai | Ortakių optimizavimas; energijos efektyvumas; darni plėtra; eksploatavimo išlaidų mažinimas; |
| Liejyklos ir sunkiosios pramonės objektai | Energijos efektyvumas; eksploatavimo išlaidų mažinimas; atliekinės šilumos energijos rekuperacija; dekarbonizacija ir ESG; didelio apkrovimo ŠVOK ortakis; šilumos valdymas; |
| Jūrų inžinerija | Pagerinkite vėdinimo sistemas laivuose ir povandeniniuose laivuose, užtikrindami įgulos komfortą ir įrangos patikimumą; |
| Kasyba ir požeminė statyba | Užtikrinkite gyvybiškai svarbų vėdinimą kasybos vietose ir kitose požeminėse struktūrose, mažindami pavojingų sąlygų riziką; |
Kiekviena iš šių sričių gauna didelę naudą iš pažangaus TunnelTech posūkio menčių dizaino ir funkcionalumo, žyminčio šuolį efektyvaus oro srauto valdymo srityje. Pasirinkę TunnelTech mažo pasipriešinimo oro kreipiamąsias mentes, klientai gali tikėtis ne tik pasiekti, bet ir viršyti savo sistemos našumo tikslus, tuo pačiu
- •mažina energijos sąnaudas * iki 30 %
- •mažina triukšmą * 60 %, palyginti su įprastais ortakiais.
* – eksperimentiniai rezultatai TT45Pro vėjo tunelio geometrijai.
Norėdami gauti daugiau informacijos ir sužinoti, kaip mūsų posūkio mentės gali būti pritaikytos konkretiems poreikiams, prašome susisiekti su mūsų komanda. Leiskite TunnelTech tapti jūsų partneriu siekiant optimalių oro srauto valdymo sprendimų.
Montavimas ir priežiūra
- •Matmenys ir specifikacijos
Prieš montavimą patikrinkite ortakio matmenis ir posūkio menčių specifikacijas
- •Montavimo parinktys
Galimos prispaudžiamos, prisukamos varžtais ir privirinamos konfigūracijos
- •Krovinių tvarkymas
Laikykitės krovinių tvarkymo gairių saugiam transportavimui ir pozicionavimui
- •Montavimas žingsnis po žingsnio
Išsamios montavimo instrukcijos pateikiamos su kiekvienu produktu
- •Patikrinimų grafikas
Reguliarūs vizualiniai patikrinimai menčių lygiavimui ir struktūriniam vientisumui užtikrinti
- •Valymo procedūros
Periodinis valymas dulkių ir šiukšlių sankaupoms nuo menčių paviršių pašalinti
- •Nusidėvėjimo stebėsena
Stebėkite korozijos, erozijos ar mechaninių pažeidimų požymius
- •Trikčių šalinimo vadovas
Spręskite dažnas problemas, tokias kaip vibracija, triukšmas ar sumažėjęs oro srauto efektyvumas
Dokumentacija
Techninė informacija apie Tunnel Tech vėjo tunelių kampinių sekcijų mazgus ir posūkio menčių parametrus pateikiama išsamiame TTE-TSA ir TTE-TV produktų duomenų lape. Dokumentacijoje pateikiama informacija apie projektavimo parinktis, vietinius pasipriešinimus horizontaliems ir vertikaliems 90 laipsnių srauto posūkio kampams, taip pat hidrauliniai ir šilumos perdavimo parametrai aušinamoms posūkio mentėms.
Atsisiųsti TTE-TSA duomenų lapą (PDF)Nuorodos ir susijusios publikacijos
Papildomos informacijos apie rotacinių menčių projektavimą ir optimizavimą vėjo tuneliams, pramoninėms ortakių sistemoms, ŠVOK ortakiams ir oro srauto valdymo įrangai, ventiliatorių tiesintuvams ir kt. galima rasti žemiau pateiktose nuorodose:
- 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.
Taip pat žiūrėkite:
- Moody diagrama: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Trinties koeficientas: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Trinties nuostoliai: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss