Įvadas į srauto kreipiamąsias mentes
Oro srauto valdyme ortakių posūkių dizainas vaidina pagrindinį vaidmenį vėdinimo ir ŠVOK sistemų bei vėjo tunelių efektyvumui ir našumui. Kai oras priverstinai nukreipiamas per staigų posūkį, kas dažnai neišvengiama ortakiuose, jis susiduria su padidėjusiu hidrauliniu pasipriešinimu, o tai lemia didesnius slėgio nuostolius ir turbulenciją. Tai ne tik sumažina sistemos efektyvumą, nes oro srautui palaikyti reikia daugiau energijos, bet ir veikia ortakių konstrukcinį vientisumą dėl netolygių slėgio apkrovų, kurias sukelia turbulencinis srautas.
Čia į pagalbą pasitelkiamos srauto kreipiamosios mentės, taip pat žinomos kaip posūkio mentės (1 pav.). Sumontuotos posūkio viduje, srauto kreipiamosios mentės nukreipia orą per posūkį su minimaliu pasipriešinimu, sumažindamos slėgio nuostolius ir turbulenciją be papildomos erdvės, kurios reikalauja sklandaus spindulio posūkis. Dėl to srauto kreipiamosios mentės yra idealus sprendimas efektyviam oro srauto valdymui kompaktiškoje erdvėje.
1 pav. TunnelTech srauto kreipiamųjų menčių posūkio sekcijos mazgas
Didelio našumo srauto kreipiamųjų menčių sekcijos kaip alternatyva įprastiems ŠVOK sprendimams.
Tradicinis būdas sumažinti staigiai lenkto ortakio turbulenciją, slėgio nuostolius ir triukšmą yra spindulinė alkūnė (2 pav. ir 4 pav., 2 atvejis). Nors spindulinės alkūnės iš dalies sušvelnina turbulenciją, triukšmą ir slėgio nuostolius, būdingus staigiam posūkiui (žr. 4 pav., 1 atvejis), jos sukelia savų problemų.
Keli įprasti ŠVOK ortakių posūkiai, pagaminti iš sklandžiai lenkto lakštinio metalo su lenktomis skiriamosiomis mentėmis, parodyti 2 pav. kairėje. Tai yra tipiški standartiniai variantai, dažnai naudojami ŠVOK ortakiuose, pvz., atitinkantys DW144 ortakių standartą.
Tokie ortakių komponentai 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, didelio pajėgumo pritaikymuose – elektros energijos gamyboje, metalurgijoje, turbomašinose, šilumokaičiuose, atliekinės šilumos atgavime ir modernioje žaliojoje bei atsinaujinančioje energetikoje – kur hidraulinis efektyvumas ir energijos taupymas yra būtini.
Tačiau nėra poreikio kaskart statyti nestandartinį ortakį, kai reikia visiškai optimizuoti hidraulinio tinklo energijos suvartojimą. Tame pačiame 2 paveiksle, dešinėje, parodytas TunnelTech įstrižinės srauto kreipiamųjų menčių posūkio sekcijos variantas, kuris yra energiškai efektyvus, pasižymi mažu triukšmu ir maža turbulencija, atitinka pramonės standartus ŠVOK sistemoms ir taip pat gali būti naudojamas didelio masto, didelės galios pramoniniuose pritaikymuose. Didelio masto objekto, į kurį galima lengvai integruoti įstrižinę srauto kreipiamųjų menčių sekciją, pavyzdys parodytas 3 pav.
2 pav. Įprasta vidutinio dydžio ŠVOK sklandi alkūnė su lakštinio metalo skiriamąja mente pagal DW144 standartą (kairėje) ir didelio našumo TunnelTech įstrižinis srauto kreipiamųjų menčių mazgas standartiniams ortakiams (dešinėje).
3 pav. Didelio masto TunnelTech ortakių srauto kreipiamųjų menčių posūkių sekcijos vėjo tuneliams, elektros energijos gamybai ir pramoniniam pritaikymui.
Srauto kreipiamųjų menčių dizainas slėgio kritimui, turbulencijai ir triukšmui mažinti
Siekiant palyginti skirtingus posūkių dizainus, slėgio kritimai (ΔP) ir CFD modeliuojami srauto modeliai pateikti žemiau esančiame 4 pav. Kaip demonstracinis pavyzdys pasirinktas 20 m/s įėjimo oro srauto greitis ir 2×2 m kvadratinis ortakis. 20 m/s greitis pasirinktas todėl, kad profesionalūs vertikalūs vėjo tuneliai, skirti skraidymui patalpose, paprastai didžiąją laiko dalį veikia režimais, kai srauto greitis posūkio sekcijoje yra nuo 10 iki 30 m/s. CFD skaičiavimai atlikti esant 1 standartinei atmosferai, 20 °C temperatūrai ir nulinei oro drėgmei su spūdžiomis dujomis ir adiabatine sienele, kurios šiurkštumas 250 µm. Naudotas tinklelis nuo 6 iki 10 milijonų celių domenui. Įėjimo riboje pritaikytas plokščias įėjimo profilis ir 2 % turbulencija. Turbulencija modeliuota naudojant k-ε modelį.
Pastaba: 4 pav. pateiktos iliustracijos yra konkretūs pavyzdžiai, skirti tik veikimo principams iliustruoti ir keliems srauto kreipiamųjų menčių posūkių sekcijų tipams palyginti. Jų negalima laikyti bendrais rezultatais kiekvienam naudojimo atvejui. Kiekvienai realiai vėdinimo sistemai ar kitam hidrauliniam tinklui kiekviename skaičiavimo taške turi būti atsižvelgiama į specifinius hidraulinius parametrus, ortakio dydį ir formą, šiurkštumą ir konstrukcinius nelygumus, srauto netolygumus bei tikslias fizines dujų savybes. Tokį skaičiavimą konkrečiai sistemai galite užsisakyti susisiekę su mumis.
Pateikiami šie dizaino atvejai:
- Posūkio sekcija be srauto kreipiamųjų menčių.
- Sklandžiai išlenkta posūkio sekcija (r = ½ ortakio aukščio) su radialiai lenktomis skiriamosiomis mentėmis. Slėgio kritimas taip pat priklauso nuo skiriamųjų menčių skaičiaus ir geometrijos. Pavyzdyje parodytas minimalus optimalios formos skiriamųjų plokščių skaičius.
- Paprastos radialiai lenktos plonos plokštės (10–20 mm storio).
- Tipiškos neoptimizuotos srauto kreipiamosios mentės iš mūsų artimiausių konkurentų.
- TunnelTech srauto kreipiamosios mentės (TTE-TV) su optimizuotu profiliu.
Reikšmingiausia problema, susijusi su lenktais ortakiais, turinčiais nedidelį skaičių paprastų lenktų plokščių skiriamųjų menčių (arba visai be menčių), yra slėgio ir greičio pasiskirstymas posūkio sekcijos išėjime (4 pav., 2 atvejis, žr. išėjimo skerspjūvį). Greitis didėja nuo išorinės sienelės link vidinės kiekviename srauto subkanale, sukurdamas netolygų srautą, stiprią turbulenciją ir triukšmą. Kuo mažesnis posūkio spindulys, tuo didesnė srauto atsiskyrimo, slėgio ir greičio laukų iškraipymo, didesnio triukšmo ir didesnio slėgio kritimo rizika.
Vienintelis būdas išspręsti šias problemas yra didelis posūkio sekcijos kreivumo spindulys ir didesnis skiriamųjų menčių skaičius. Tai sukuria antrą problemą – papildomą erdvę, reikalingą tokiems posūkiams sutalpinti, ir kelių lenktų skiriamųjų menčių, pritaikytų ortakio skerspjūviui, medžiagų kainą. Didelėse ortakių sistemose sklandaus spindulio posūkiai gali lemti nepagrįstai dideles konstrukcijas, todėl šis metodas daugeliu atvejų yra nepraktiškas, ypač ten, kur erdvė yra ribota. Papildoma reikalinga erdvė parodyta punktyrinėmis linijomis žemiau esančiame 4 pav., 2 atveju. Kiekvieno posūkio aukštis ir plotis turi būti padidintas bent ½ ortakio dydžio. Recirkuliaciniams vėjo tuneliams tai reiškia pastato matmenų padidinimą keliais metrais kiekviena kryptimi, o tai padidina ortakių sistemos išlaidas ir kapitalo investicijas. Be to, kiekviena skiriamoji mentė kainuoja tiek pat, kiek pati ortakio sienelė.
4 pav. Posūkių sekcijos ortakiuose – dizaino ir našumo palyginimas
Optimalus sprendimas vėjo tuneliams ir pramoniniam vėdinimui yra įstrižinė aerodinaminio profilio srauto kreipiamųjų menčių kaskada, kaip parodyta 4 paveiksle, 3–5 atvejai.
Visi aukščiau pateikti CFD vaizdai yra skirti oro kanalo posūkio sekcijai su 2×2 m įėjimu esant 20 m/s oro srauto greičiui, kaip pavyzdys – atvejis, labiausiai susijęs su skraidymu vėjo tunelyje ir mažo greičio ikigarsiniais vėjo tuneliais.
4 paveiksle, 3 atveju pavaizduota posūkio sekcija su paprastomis mentėmis iš plonos lenktos lakštinės skardos. 4 pav., 4 atveju parodytos geriausios srauto kreipiamosios mentės, kurias siūlo artimiausi TunnelTech konkurentai. Abiem atvejais būdinga trumpesnė styga ir neoptimizuota aerodinaminė forma, dėl ko sekcijos išėjime atsiranda liekamasis srauto netolygumas, didesnis aerodinaminis pasipriešinimas ir didesnis triukšmas ortakyje. Plonos mentės iš paprastos lenktos skardos paprastai viršija leistinus triukšmo lygius net esant mažam oro greičiui, o storas, trumpas profilis su mažu stygos ir storio santykiu taip pat turi mažesnį paviršiaus plotą, kas yra trūkumas, kai aušinamos srauto kreipiamosios mentės naudojamos šilumos perdavimui.
Apatinėje 4 paveikslo, 5 atvejo dalyje parodytas oro kanalo posūkis su didelio našumo TunnelTech srauto kreipiamosiomis mentėmis (užsakant nurodykite dalies numerį TTE-TV-90). Kaip rodo skerspjūviai, srautas yra tolygesnis naudojant tinkamai profiliuotas mentes, o tai reiškia mažesnį slėgio kritimą ir mažą turbulenciją.
Išėjimo slėgio ir greičio profilis taip pat yra daug geresnis TunnelTech posūkio sekcijose su ilgos stygos mentėmis nei kitais atvejais. Rezultatas – neprilygstama TunnelTech aerodinaminė kokybė, atsispindinti daugybėje profesionalių parašiutininkų ir kitų klientų atsiliepimų.
Visi aukščiau pateikti duomenys, įskaitant stygos ilgį ir aušinimo parinktis, taip pat apibendrinti 1 lentelėje.
| Atvejis / Mentės tipas | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Stygos ilgis (mm) | Aušinimas |
|---|---|---|---|---|
| 1. Be menčių, staigus posūkis | 114 | 0.47 | — | Ne |
| 2. Sklandžiai išlenkta posūkio sekcija | 41 | 0.17 | > 2000 | Ne |
| 3. Paprastos radialiai lenktos plonos plokštės | 80 | 0.33 | 250–500 | Ne |
| 4. Artimiausių konkurentų srauto kreipiamosios mentės | 88 | 0.37 | 280 | Taip |
| 5. TunnelTech optimizuotos srauto kreipiamosios mentės | 57 | 0.24 | 500 | Taip |
Ortakio posūkio sekcijos su TunnelTech ir konkurentų mentėmis hidraulinių nuostolių koeficientas greičių diapazone iki 100 m/s, apskaičiuotas esant tai pačiai geometrijai ir pradinėms sąlygoms, pateiktas 5 pav.
Daugiau informacijos apie hidraulinius nuostolius išilgai ortakio, vietinį pasipriešinimą ir bendrą hidraulinių nuostolių koeficientą pateikiama žemiau.
5 pav. TunnelTech ir konkurentų posūkių sekcijų palyginimas: Darsi-Veisbacho (Darcy–Weisbach) hidraulinių nuostolių koeficientas esant tai pačiai geometrijai ir pradinėms skaičiavimo sąlygoms.
Turbulencijos mažinimas patikimiems hidrauliniams ir konstrukcinės saugos skaičiavimams
6 pav. TunnelTech srauto kreipiamųjų menčių posūkio sekcija: turbulencijos mastelis (m) esant 20 m/s
Sklandus, nuspėjamas slėgio ir greičio profilis yra ypač svarbus ten, kur didelė turbulencija ar srauto atsiskyrimas yra nepriimtini, pavyzdžiui, eksperimentiniuose vėjo tuneliuose, skraidymo patalpose įrenginiuose ir didelės galios sistemose. Šie parazitiniai efektai, kartu su slėgio pulsacijomis, kurias sukelia srauto atsiskyrimas ir didelio masto turbulencija, taip pat nepriimtini įrenginiuose, kuriuose neturi būti akustiškai sukeltos vibracijos ir kur neleidžiami jokie statinio slėgio nuokrypiai dėl oro kanalo konstrukcinio stabilumo. Be to, turbulencinis srautas yra dažnas triukšmo šaltinis, dar labiau pabloginantis bendrą sistemos našumą ir galutinio vartotojo komfortą.
Taip pat reikėtų turėti omenyje, kad srauto netolygumai linkę augti ir stiprėti pasroviui, nebent naudojami srauto tiesintuvai, koriai, turbulencijos tinkleliai ar kiti srauto kondicionavimo įrenginiai [1-3]. Tiksliai dujų dinaminei analizei reikia apskaičiuoti kiekvieno paskesnio ortakio elemento pasipriešinimą su realiu įėjimo slėgio ir greičio profiliu, kurį sukuria ankstesnis hidraulinio tinklo elementas. Ilgiems hidrauliniams tinklams dažnai neįmanoma atlikti visos sistemos CFD modeliavimo dėl jos dydžio. Tokiais atvejais naudojami apytiksliai pusiau empiriniai skaičiavimai, pagrįsti bedimensiniais srauto skaičiais ir geometriniais kriterijais [4], arba programinė įranga, pagrįsta tokiais metodais. Taip pat ortakių konstrukcinio stabilumo FEA modeliavimas paprastai atliekamas taikant pastovų statinio slėgio lauką ortakio sienelėms. Todėl stiprūs srauto netolygumai, besivystantys pasroviui, taip pat gali įvesti klaidų į saugai kritines laikančiųjų konstrukcijų analizes.
Apytiksliai metodai paprastai nenagrinėja greičio profilio iškraipymo hidraulinio tinklo elemento įėjime; geriausiu atveju jie atsižvelgia į tai, ar profilis yra visiškai susiformavęs, ar dar nesusiformavęs (tolygus), ir į ribinio sluoksnio parametrus. Vėjo tuneliuose ir pramoninėse vėdinimo sistemose kiekvienas srauto posūkis gali sukelti netolygumą ir stiprų sukimąsi, o tai įveda neapibrėžtumą į ilgų tinklų hidraulinio pasipriešinimo skaičiavimus. Todėl, kur tik įmanoma, reikėtų vengti didelių greičio profilio netolygumų.
6 pav. ir aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad posūkių sekcijos su TunnelTech srauto kreipiamosiomis mentėmis ne tik nesukuria papildomų srauto trikdžių, bet ir gali būti naudojamos slopinti sukimąsi bei netolygumą pasroviui nuo sekcijos. Todėl srauto kreipiamųjų menčių posūkio sekcija su TunnelTech mentėmis taip pat gali veikti kaip efektyvus srauto tiesintuvas, kai ji sumontuota pasroviui nuo ašinio ventiliatoriaus, ortakio difuzoriaus, šilumokaičio, bandymo sekcijos, ortakio atšakos ar atsišakojimo, ar bet kurio kito turbulenciją generuojančio elemento.
Vietinio pasipriešinimo koeficientas
Posūkio vietinis pasipriešinimas gali būti apskaičiuojamas naudojant gerai žinomą Darsi-Veisbacho (Darcy–Weisbach) lygtį:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kur:
- ΔP – bendri slėgio nuostoliai (slėgio kritimas) Pa;
- ξ – vietinio pasipriešinimo (Darsi-Veisbacho) koeficientas;
- ρ – skysčio (dujų) tankis (kg/m³);
- V – skysčio (dujų) greitis įėjimo skerspjūvyje (m/s).
Šie parametrai, lemiantys oro kanalo energijos efektyvumą, labai priklauso nuo srauto kreipiamųjų menčių dizaino.
Remiantis [4], bendras sudėtingo hidraulinio elemento pasipriešinimas gali būti išreikštas kaip trinties pasipriešinimo išilgai jo ilgio ξL ir vietinio pasipriešinimo ξ0 suma:
ξSUM = ξL + ξ0
Tiesiam oro kanalui ilgio pasipriešinimas yra proporcingas ilgiui ir atvirkščiai proporcingas hidrauliniam skersmeniui, kaip išreikšta formule:
ξL = (L / D) · f
kur f yra Darsi (Darcy) trinties koeficientas.
Paprastos formos ortakiams (pvz., apvaliems, kvadratiniams, šešiakampiams) f gali būti išreikštas kaip netiesinė funkcija, priklausanti tik nuo Reinoldso (Reynolds) skaičiaus – žr. [4] šaltinio 2 skyrių arba https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Trinties koeficientas f paprastam apvaliam vamzdžiui (apvaliam ortakiui) lygiomis sienelėmis, su visiškai susiformavusiu srauto profiliu įėjime ir turbulenciniu režimu (Reinoldso skaičiai Re > 4×103), gali būti apskaičiuojamas pagal formulę:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Realiems ortakiams taip pat turi būti atsižvelgiama į sienelių šiurkštumą.
Žemiau esančiame 7 pav. parodytas Darsi (Darcy) trinties koeficiento grafikas, priklausantis nuo Reinoldso skaičiaus Re esant įvairioms santykinio sienelės šiurkštumo vertėms, kurį pirmą kartą paskelbė Nikuradzė [5-8] šaltiniuose. Šis grafikas taip pat žinomas kaip Mūdžio (Moody) diagrama [9] arba Koulbruko-Vaito (Colebrook–White) koreliacija [10-11]. Naujesnį lygių vamzdžių tyrimą galima rasti [12] šaltinyje.
Diagramoje parodyta sudėtinga f(Re) priklausomybė apvaliam vamzdžiui su skirtingomis šiurkštumo vertėmis. Kvadratiniams ir kitiems neapvaliems ortakiams diagrama yra dar sudėtingesnė. Todėl būtina atsižvelgti į srauto režimą (Reinoldso skaičių), ortakio formą ir santykinį sienelės šiurkštumą.
7 pav. Mūdžio (Moody) (dar žinoma kaip Nikuradzės) diagrama, rodanti Darsi-Veisbacho (Darcy–Weisbach) trinties koeficiento fD priklausomybę nuo Reinoldso (Reynolds) skaičiaus Re esant įvairioms santykinio šiurkštumo vertėms – Originali diagrama: S. Beck ir R. Collins, Šefildo universitetas, platinama pagal CC BY-SA 4.0 licenciją, wikimedia.org
Realiems, šiurkštiems ortakiams vis dar galima išreikšti bendrą pasipriešinimą kaip ilgio pasipriešinimo ir vietinio pasipriešinimo sumą ξSUM = ξL + ξ0.
Pasipriešinimo padalijimas į šią sumą supaprastina ortakių parametrų tyrimą, nes vietinis pasipriešinimas ξ0 gali būti apskaičiuojamas supaprastintai elemento geometrijai – pavyzdžiui, su periodiniu problemos formulavimu mažesniame skaičiavimo domene arba 2D formulavimu. Atkreipkite dėmesį į skaičiavimo domeno dydį pavyzdžiuose, parodytuose 4 pav. – sekcija yra 3 m aukščio ir 18 m ilgio, o tinkama tinklelio konvergencija prasideda tik viršijus 10 milijonų tinklelio elementų. Periodinis arba 2D tų pačių atvejų formulavimas galėtų naudoti dešimčia kartų mažiau tinklelio elementų, o supaprastintas kiekvieno greičio taško skaičiavimas ΔP(v) kreivėje užtruktų minutes ar net sekundes, o ne valandas.
Todėl pasipriešinimo padalijimas į du komponentus gali labai supaprastinti skaičiavimus – vietinis pasipriešinimas ξ0 nustatomas greitai, o tada pridedamas ilgio pasipriešinimas ξL. Pastarąjį galima greitai įvertinti iš paskelbtų lentelių arba apytikslių formulių, pagrįstų bedimensiniais skaičiais ir ortakio geometrijos parametrais. Hidrauliniams ir ortakių tinklo elementams su staigiais srauto krypties pokyčiais (kampinėms alkūnėms, sklandiems posūkiams, įvairių kampų posūkiams su srauto kreipiamosiomis mentėmis ir be jų) panašus požiūris ir metodas pateikiami išsamaus Hidraulinio pasipriešinimo žinyno (Handbook of Hydraulic Resistance) [4] 6-1 ir 6-2 skyriuose.
Techninės specifikacijos
Išsamūs techniniai duomenys tiksliems inžineriniams ir našumo skaičiavimams.
Integruota aušinimo technologija
Revoliucionizuojant tunelių dizainą, mūsų srauto kreipiamosios mentės turi integruotus vidinius aušinimo skysčio kanalus – užtikrinančius puikų šilumos mainų efektyvumą nepakenkiant oro srauto kokybei.
- Didžiulė šilumos išsklaidymo talpa, keičiama nuo šimtų kilovatų iki dešimčių megavatų.
- Efektyvus šilumos valdymas be jokio neigiamo poveikio oro srauto turbulencijai ar srovės kokybei.
- Sukurta su šešiais integruotais vidiniais aušinimo kanalais vienoje mentėje maksimaliam šiluminiam efektyvumui
- Sklandus integravimas su standartinėmis pramoninėmis vandens aušinimo infrastruktūromis
Produkto akcentai
TunnelTech oro srauto kreipiamosios mentės (produktas TTE-TV) yra šios technologijos priešakyje, siūlydamos neprilygstamą efektyvumą oro srauto valdyme. Mūsų produktai sukurti plačiam pritaikymo spektrui, nuo skraidymo patalpose įrenginių ir vėjo tunelių iki ŠVOK ir vėdinimo sistemų, ir įkūnija pažangiausią aerodinaminį dizainą bei energijos efektyvumą.
Srauto kreipiamųjų menčių sekcijos našumas ortakiuose
TunnelTech didelio našumo srauto kreipiamosios mentės nustato pramonės standartą galios ir aerodinaminiam efektyvumui. Mūsų energiją taupančios srauto kreipiamosios mentės suprojektuotos taip, kad sumažintų aerodinaminius nuostolius, užtikrinant sklandų oro srautą ir sumažinant energijos sąnaudas.
TunnelTech srauto kreipiamosios mentės pasižymi puikiomis vietinio pasipriešinimo charakteristikomis ortakiuose. Pasipriešinimo parametrai, apskaičiuoti naudojant Darsi-Veisbacho (Darcy–Weisbach) lygtį, kaip aprašyta aukščiau, pateikti žemiau esančiuose paveiksluose (žr. 8 pav.) ir Srauto kreipiamųjų menčių duomenų lape.
Paprastai, kai ortakio dydis nežinomas, vertės pateikiamos idealizuotam elementui su periodinėmis šoninėmis kraštinėmis sąlygomis, neatsižvelgiant į papildomą sienelės trintį išilgai ilgio, šiurkštumą ar kitus vietinius parametrus. 8 pav. pateikiamos vertės idealizuotam kampiniam elementui su TunnelTech mentėmis, apskaičiuotos 15 menčių kaskadai su periodinėmis kraštinėmis sąlygomis kaip begalinės periodinės kaskados aproksimacija.
8 pav. TunnelTech srauto kreipiamoji mentė: vietinio pasipriešinimo koeficientas ir atitinkamas slėgio kritimas.
Jei ŠVOK ar kita hidraulinė sistema susideda iš ortakių, kurių srauto skerspjūvis išilgai srauto kelio iš esmės nesikeičia, apytiksliams skaičiavimams patogu įvertinti pasipriešinimą ilgio vienetui (kuris, žinoma, turi būti įvertintas visame greičių diapazone):
KL = ξL / L = f / Dh
kur Dh yra ortakio hidraulinis skersmuo. KL vertę lengva nustatyti iš žinynų, kaip aptarta aukščiau. Padauginus ją iš ilgio ir pridėjus vietinio pasipriešinimo vertes ξ0, paimtas iš duomenų lapų arba apskaičiuotas savarankiškai, gaunamas greitas bendrų slėgio nuostolių sistemoje įvertinimas.
ξSUM = KL · L + ξ0
Iliustraciniuose pavyzdžiuose 4 pav. – 2×2 m kvadratinis ortakis su skaičiavime naudotais dujų parametrais ir šiurkštumu – pasipriešinimas ilgio vienetui yra maždaug KL = ξL / L ~ 2,1 Pa. Ši vertė taikoma paprastam kvadratiniam ortakiui be posūkių, menčių ar kitos vidinės įrangos. Per visus 21 m, kuriuos oras keliauja ortakiu, tai sukuria ~44 Pa slėgio kritimą. Pridėjus vertę iš 8 pav. (11 Pa esant 20 m/s, paimta iš Srauto kreipiamųjų menčių duomenų lapo, A.2.1 lentelės), gaunamas 55 Pa bendras pasipriešinimas realiai 2×2 m ortakio sekcijai su srauto kreipiamosiomis mentėmis. Ši vertė gerai sutampa su verte, parodyta 4 pav., 5 atveju.
Daugiau informacijos apie apytikslius bet kokios formos ortakių pasipriešinimo skaičiavimo metodus be CFD galima rasti [4] ir panašioje literatūroje.
Pastaba: 4 pav. pateikti pavyzdžiai yra tik specialus atvejis, demonstruojantis, kaip veikia srauto kreipiamosios mentės, ir negali būti naudojami savavališkam ortakiui vertinti. 8 paveikslas taikomas plačiau, tačiau vis tiek reikia atsižvelgti į specifinius kliento ortakio parametrus. Kiekvienai sistemai reikalinga išsami analizė, kurią galite užsisakyti iš TunnelTech. Norėdami gauti tikslų ortakio hidraulinio pasipriešinimo skaičiavimą ir ekspertinį jūsų vėdinimo ar vėjo tunelio įrangos energijos suvartojimo įvertinimą, prašome susisiekti su mumis.
Papildomą informaciją apie mūsų paslaugas ir MTEP galima rasti Technologijų puslapyje ir Paslaugų skiltyje.
Srauto kreipiamosios mentės pramoniniam aušinimui ir šildymui
Unikalu tarp pramoninių ortakių srauto kreipiamųjų menčių – mūsų produktai gali cirkuliuoti aušinimo skystį dideliu srautu, leisdami efektyviai aušinti arba šildyti orą jam tekant per ortakį. Tai atveria naujas galimybes šilumos reguliavime – patalpų klimato kontrolės mentės ir mažo pasipriešinimo ortakiniai šilumokaičiai – suteikiant mūsų klientams universalius sprendimus jų oro srauto poreikiams.
Įvertintos naudojant HTCL (šilumos perdavimo koeficientas tiesiniam metrui) metodą, kuris kiekybiškai įvertina šilumos srautą (vatais) vienam srauto kreipiamosios mentės ilgio metrui vienam kelvinui logaritminio vidutinio temperatūrų skirtumo (ΔTLMTD) tarp išorinio oro ir mentės aušinimo skysčio, mūsų srauto kreipiamosios mentės yra suprojektuotos efektyviam šilumos perdavimui įvairiomis oro srauto sąlygomis, garantuojant stabilų našumą ir temperatūros reguliavimą.
Vandeniu aušinamų srauto kreipiamųjų menčių šilumos perdavimo koeficiento parametrai pateikti 9 pav. tiek sausam, tiek drėgnam orui, kur ΔP [kPa] yra vandens slėgio skirtumas tarp įėjimo ir išėjimo mentės prievadų (mėlyna ir raudona 10 pav.).
10 pav. Srauto kreipiamosios mentės aušinimo kanalai
9 pav. HTCL koeficientas. Sausas (RH = 0 %) ir drėgnas oras (RH = 90 % esant 30 °C) esant skirtingiems aušinimo skysčio (vandens) slėgio skirtumams tarp įėjimo ir išėjimo aušinimo kanalo prievadų.
Srauto kreipiamosios mentės atliekinės šilumos atgavimui
Aušinamos srauto kreipiamosios mentės su integruotais šilumokaičių kanalais siūlo universalų sprendimą atliekinės šilumos atgavimui įvairiose srityse. Integruotos į šilumokaičių sistemas, šios mentės gali surinkti šiluminės energijos perteklių, kuris kitu atveju būtų prarastas, ir perduoti jį į šilumos atgavimo sistemas, žymiai pagerinant bendrą sistemos efektyvumą.
Praktikoje ši technologija gali būti naudojama daugelyje sričių. Pavyzdžiui, pramoniniuose procesuose aušinamos srauto kreipiamosios mentės gali atgauti atliekinę šilumą iš išmetamųjų dujų ir panaudoti ją įeinantiems skysčiams ar orui pašildyti, taip sumažinant energijos suvartojimą. ŠVOK sistemose tas pats principas taikomas tokiuose įrenginiuose kaip šilumos atgavimo ventiliatoriai (HRV) ir energijos atgavimo ventiliatoriai (ERV), kurie perduoda šilumą tarp išmetamojo ir tiekiamo oro srautų. Tai sumažina energiją, reikalingą įeinančiam orui šildyti ar vėsinti, ir lemia didelį energijos sutaupymą.
Aušinamos srauto kreipiamosios mentės taip pat gali būti integruotos į elektros energijos gamybos ir atsinaujinančios energijos sistemas. Pavyzdžiui, kogeneracinėse (CHP) jėgainėse atliekinė šiluma iš elektros gamybos yra atgaunama ir naudojama šildymui, taip 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 atgavimas vaidina lemiamą vaidmenį mažinant anglies pėdsaką ir gerinant energetikos sistemų tvarumą. Šis požiūris atitinka taupiosios gamybos principus, gerinant išteklių efektyvumą ir mažinant eksploatacines išlaidas per efektyvų šilumos valdymą. Be to, ESG projektuose tokių technologijų pritaikymas demonstruoja įsipareigojimą mažinti poveikį aplinkai ir optimizuoti išteklių naudojimą, atsižvelgiant į platesnius tvarumo tikslus.
Šilumos atgavimas – susiję projektai
TunnelTech turi didelę patirtį įgyvendinant šilumokaičių ir ŠVOK projektus, skirtus atliekinės šilumos atgavimui naudojant aušinamas srauto kreipiamąsias mentes. Integruodama šias mentes į šilumokaičių sistemas, suprojektuotas surinkti ir pakartotinai panaudoti šiluminę energiją, kuri kitu atveju būtų prarasta, TunnelTech leidžia efektyviau atgauti atliekinę šilumą iš įvairių pramoninių ir komercinių procesų. Tai ne tik pagerina energijos efektyvumą, bet ir palaiko tvarumo tikslus mažinant energijos sąnaudas ir eksploatacines išlaidas.
Pritaikymas
Mūsų srauto kreipiamosios mentės naudojamos įvairiose pramonės šakose ir srityse
ŠVOK sistemos
| Komerciniai pastatai | Ortakių optimizavimas; energijos efektyvumas; mažesnės eksploatacinės išlaidos; geresnė sveikata ir sauga dėl efektyvaus oro kokybės ir temperatūros valdymo |
| Gyvenamieji kompleksai | Patogi gyvenamoji aplinka su optimalia oro kokybe ir srautu; geresnė sveikata ir sauga |
| Duomenų centrai | Šilumos valdymo srauto kreipiamosios mentės palaiko kritinius temperatūros ir drėgmės lygius, būtinus serverių našumui ir ilgaamžiškumui |
Civilinės inžinerijos vėdinimo sistemos
| Ligoninės ir sveikatos priežiūros įstaigos | Tyliai veikiančios srauto kreipiamosios mentės užtikrina gyvybiškai svarbią oro kokybės kontrolę, apsaugančią pacientus ir personalą; geresnė sveikata ir sauga dėl efektyvaus oro kokybės ir temperatūros valdymo |
| Švietimo įstaigos | Geresnė mokymosi aplinka dėl pagerintos oro cirkuliacijos |
Aplinkos kontrolė
| Elektronikos, biotechnologijų, maisto technologijų ir kiti aukštųjų technologijų objektai / Švariosios patalpos | Temperatūros ir drėgmės kontrolė aukštųjų technologijų ir reikliems gamybos procesams; oro kondicionavimo srauto kreipiamosios mentės palaiko griežtus oro srauto standartus gamyboje ir tyrimuose |
| Sporto arenos | Komfortas ir saugumas sportininkams bei žiūrovams |
Pramoninis ir specializuotas pritaikymas
| Tunelių statyba ir priežiūra | Geresnė oro kokybė ir sauga darbuotojams tunelių aplinkoje |
| Pramonės objektai | Ortakių optimizavimas; energijos efektyvumas; tvarus vystymasis; mažesnės eksploatacinės išlaidos |
| Liejyklos ir sunkiosios pramonės objektai | Energijos efektyvumas; mažesnės eksploatacinės išlaidos; atliekinės šilumos atgavimas; dekarbonizacija ir ESG; didelės apkrovos ŠVOK oro kanalai; šilumos valdymas |
| Jūrų inžinerija | Geresnis vėdinimas laivuose ir povandeniniuose laivuose įgulos komfortui ir įrangos patikimumui |
| Kasyba ir požeminė statyba | Būtinas vėdinimas kasyklose ir kitose požeminėse struktūrose, mažinantis pavojingų sąlygų riziką |
Kiekviena iš šių sričių gauna didelę naudą iš pažangaus TunnelTech srauto kreipiamųjų menčių dizaino ir funkcionalumo, žyminčio didelį šuolį efektyvaus oro srauto valdymo srityje. Pasirinkę TunnelTech mažo pasipriešinimo srauto kreipiamąsias mentes, klientai gali tikėtis ne tik pasiekti, bet ir viršyti savo sistemų našumo tikslus, tuo pat metu
- •sumažinant energijos sąnaudas* iki 30 %
- •sumažinant triukšmą* 60 %, palyginti su įprastais ortakiais.
* Eksperimentiniai rezultatai TT45 PRO vėjo tunelio geometrijai.
Dėl užklausų ir išsamesnės informacijos, kaip mūsų srauto kreipiamosios mentės gali būti pritaikytos jūsų specifiniams poreikiams, prašome susisiekti su mūsų komanda. Leiskite TunnelTech tapti jūsų partneriu siekiant optimalaus oro srauto valdymo.
Montavimas ir priežiūra
- •Matmenys ir specifikacijos
Prieš montuodami patikrinkite ortakio matmenis ir srauto kreipiamųjų menčių specifikacijas
- •Montavimo parinktys
Galimos prispaudžiamos, prisukamos ir privirinamos konfigūracijos
- •Krovinių tvarkymas
Laikykitės krovinių tvarkymo gairių saugiam transportavimui ir pozicionavimui
- •Žingsnis po žingsnio montavimas
Išsamios montavimo instrukcijos pateikiamos su kiekvienu produkto pristatymu
- •Patikrinimų grafikas
Reguliarūs vizualiniai patikrinimai siekiant užtikrinti menčių išlygiavimą ir konstrukcinį vientisumą
- •Valymo procedūros
Periodinis valymas siekiant pašalinti dulkių ir šiukšlių sankaupas ant menčių paviršių
- •Nusidėvėjimo stebėjimas
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 TunnelTech vėjo tunelio posūkio sekcijų mazgus ir srauto kreipiamųjų menčių parametrus pateikiama išsamioje duomenų lape, apimančiame TTE-TSA ir TTE-TV produktus. Dokumentacijoje pateikiamos dizaino parinktys, vietiniai pasipriešinimai horizontaliems ir vertikaliems 90 laipsnių posūkiams bei hidrauliniai ir šilumos perdavimo parametrai aušinamoms srauto kreipiamosioms mentėms.
Atsisiųsti TTE-TSA duomenų lapą (PDF)Šaltiniai ir susijusios publikacijos
Papildomą informaciją apie srauto kreipiamųjų menčių projektavimą ir optimizavimą vėjo tuneliams, pramoniniams ortakiams, ŠVOK ortakiams ir oro srauto valdymo įrangai, ventiliatorių srauto tiesintuvams ir kt. galima rasti žemiau esančiose 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:
- Mūdžio (Moody) diagrama: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darsi-Veisbachas (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