Gaisa kanālu pagrieziena stūri
Augstas veiktspējas vadlāpstiņu risinājumi vēja tuneļiem, HVAC sistēmām un rūpnieciskiem pielietojumiem
Ievads par vadlāpstiņām
Gaisa plūsmas pārvaldības jomā kanālu stūru dizainam ir galvenā loma ventilācijas, HVAC sistēmu un vēja tuneļu efektivitātē un funkcionalitātē. Kad gaiss ir spiests veikt asu pagriezienu, kā tas bieži nepieciešams kanālu sistēmās, tas saskaras ar palielinātu hidraulisko pretestību, kas noved pie lielākiem spiediena zudumiem un turbulences. Tas ne tikai apdraud sistēmas efektivitāti, pieprasot vairāk enerģijas gaisa plūsmas uzturēšanai, bet arī ietekmē kanālu sistēmas strukturālo integritāti nevienmērīgā spiediena dēļ, ko rada turbulentas plūsmas.
Šeit talkā nāk vadlāpstiņas, pazīstamas arī kā stūra lāpstiņas vai plūsmas vadlāpstiņas (1. att.). Paredzētas uzstādīšanai stūros, kanāla stūra lāpstiņas ļauj gaisam veikt pagriezienu ar minimālu pretestību, efektīvi samazinot spiediena zudumus un mazinot turbulenci bez nepieciešamības pēc papildu telpas, ko pieprasa vienmērīgi rādiusa līkumi. Tas padara vadlāpstiņas par ideālu risinājumu efektīvai gaisa plūsmas pārvaldībai kompaktā telpā.
1. att. Tunnel Tech vadlāpstiņu stūra sekcijas mezgls
Augstas veiktspējas vadlāpstiņu sekcijas, kas konkurē ar vispārējiem HVAC risinājumiem.
Tradicionālais risinājums, lai pārvarētu minētās kaitīgās parādības – palielinātu turbulenci, spiediena zudumus un troksni strauji izliektā kanālā – ir projektēt radiālus kanālu elkoņus (2. att. un 4. att., 2. gadījums). Šie elkoņi, lai gan ir efektīvi zināmā mērā mazinot turbulenci, troksni un spiediena zudumus (kas ir izplatīti asā līkumā, kā redzams 4. att., 1. gadījumā), rada savu problēmu kopumu.
Vairākas tradicionālas ventilācijas kanālu sistēmas ar pagriezienu, kas izgatavots no vienmērīgi izliektas metāla loksnes ar liektiem plūsmas virzītājiem, ir parādītas 2. attēlā pa kreisi. Attēls atspoguļo dažus standarta variantu piemērus, ko parasti izmanto HVAC kanālos, piemēram, atbilstoši DW144 kanālu standartiem.
Šādi kanālu risinājumi ir izplatīti un rentabli maziem pielietojumiem civilajā inženierijā, mazajā biznesā un mazjaudas HVAC sistēmās, kur enerģijas izmaksas nav būtisks faktors. Tomēr šis dizains nav labs risinājums ventilācijas un dzesēšanas sistēmām vidēja un liela mēroga un augstas jaudas enerģijas ražošanā, metalurģijā, turbomašīnās, siltummaiņos, atlikumsiltuma rekuperācijā un mūsdienu zaļās un atjaunojamās enerģijas pielietojumos, kur hidrauliskā efektivitāte un enerģijas ietaupījums ir obligāta prasība.
Tomēr nav nepieciešams būvēt pielāgotu nestandarta kanālu katru reizi, kad hidrauliskā tīkla enerģijas patēriņš ir jāoptimizē līdz pilnībai. Tas pats 2. attēls pa labi parāda Tunnel Tech diagonālās vadlāpstiņu sekcijas variantu, kas ir energoefektīvs, ar zemu trokšņa līmeni un zemu turbulenci, vienlaikus atbilstot nozares standartiem HVAC sistēmām, bet var tikt izmantots arī liela mēroga un lieljaudas rūpnieciskos lietošanas gadījumos. Liela mēroga objekta piemērs, kur diagonālo vadlāpstiņu sekciju var viegli integrēt, ir parādīts 3. attēlā.
2. att. Tradicionāls vidēja mēroga HVAC gluds elkonis ar sadalītājlāpstiņu no metāla loksnes, DW144 standarts (pa kreisi), un augstas veiktspējas Tunnel Tech vadlāpstiņu diagonālais mezgls standarta gaisa kanāliem (pa labi).
3. att. Liela mēroga Tunnel Tech gaisa kanālu pagrieziena sekcijas vēja tuneļiem, enerģijas ražošanai un rūpnieciskiem pielietojumiem.
Vadlāpstiņu dizains spiediena krituma, turbulences un trokšņa samazināšanai
Dažādu pagrieziena stūru dizainu salīdzināšanai spiediena kritumi (ΔP) un CFD simulētie plūsmas modeļi ir doti zemāk esošajā 4. attēlā. Kā demonstrācijas piemērs tika izvēlēts ieplūdes gaisa plūsmas ātrums 20 m/s un 2×2 m kvadrātveida kanāls. 20 m/s ātruma diapazons tika izvēlēts demonstrācijas nolūkiem, jo parasti profesionāla līmeņa vertikālie vēja tuneļi indoor skydiving vajadzībām lielāko daļu laika darbojas režīmos, kuros plūsmas ātrums rotācijas sekcijā svārstās no 10 līdz 30 m/s. CFD aprēķini tika veikti 1 standarta atmosfērai pie 20 C un nulles gaisa mitruma ar saspiežamu gāzi un adiabātisku sienu ar 250 µm raupjumu. Tika izmantots tīkls ar 6 līdz 10 milj. šūnu uz domēnu. Ieplūdes robežā tika piemērots plakans ieplūdes profils un 2% turbulence. Turbulence tika apstrādāta, izmantojot k-ε modeli.
NB! Lūdzu, ņemiet vērā, ka 4. attēlā redzamās ilustrācijas ir konkrēti piemēri, kas sniegti tikai, lai ilustrētu darbības principus un salīdzinātu dažus rotācijas stūra sekciju veidus. Šos gadījumus nevar uzskatīt par vispārīgiem pilnīgi katram lietošanas gadījumam. Katrai reālai ventilācijas sistēmai vai citam hidrauliskajam tīklam katram aprēķina punktam jāņem vērā specifiskie hidrauliskie parametri, kanāla izmērs un forma, raupjums un strukturālās nelīdzenumi, plūsmas neviendabīgums un precīzi fizikālie gāzes parametri. Jūs varat pasūtīt šādu aprēķinu konkrētai sistēmai, sazinoties ar mums.
Aprakstīti šādi dizaina gadījumi:
- Stūra sekcija bez vadlāpstiņām.
- Vienmērīgi izliekta stūra sekcija (r = ½ no kanāla augstuma) ar radiāli liektiem plūsmas virzītājiem. Spiediena kritums ir atkarīgs arī no kanāla starpliku skaita un ģeometrijas. Parādīts piemērs ar minimizētu optimālas formas gaisa plūsmas sadalītājplākšņu skaitu.
- Vienkāršas radiāli izliektas plānas plāksnes (10-20mm biezas).
- Tipiskas neoptimizētas tuvāko konkurentu vadlāpstiņas.
- Tunnel Tech vadlāpstiņas (TTE-TV) ar optimizētu profilu.
Visbūtiskākā problēma apaļi izliektiem kanāliem ar nelielu skaitu vienkāršu liektu plākšņu atdalītāju (vai bez vadlāpstiņām vispār) ir spiediena un ātruma sadalījuma modelis pagrieziena sekcijas izejā (4. attēls, 2. gadījums, skatīt izplūdes šķērsgriezumu). Šis modelis parāda, ka ātrums palielināsies no ārējās sienas uz iekšējo sienu katrā plūsmas apakšdomēnā, izraisot nevienmērīgu plūsmu, lielu turbulenci un troksni. Jo mazāks ir pagrieziena rādiuss, jo lielāka ir plūsmas atdalīšanās, spiediena un ātruma lauka kropļojumu, trokšņa līmeņa un spiediena krituma vērtības iespējamība.
Vienīgais veids, kā pārvarēt šīs problēmas, ir liels šādas stūra sekcijas izliekuma rādiuss un gaisa plūsmas vadlāpstiņu skaita palielināšana. Šeit parādās otrā problēma – palielinātā telpa, kas nepieciešama šādu līkumu izvietošanai, un materiālu izmaksas vairākām radiālām gaisa kanāla starplikām, kas pielāgotas kanāla šķērsgriezumam. Lielās kanālu sistēmās vienmērīgu rādiusa līkumu ieviešana var novest pie nepamatoti lielām konstrukcijām, padarot šo pieeju nepraktisku daudzos scenārijos, īpaši tur, kur telpa ir ierobežota. Nepieciešamā papildu telpa ir parādīta ar pārtrauktām līnijām 4. attēlā, 2. gadījumā zemāk. Katra pagrieziena augstums un platums jāpalielina vismaz par ½ no kanāla izmēra. Recirkulācijas vēja tuneļiem tas nozīmē ēkas izmēru palielināšanos par vairākiem metriem katrā virzienā, kas noved pie augstākām gaisa kanālu izmaksām un lielākiem kapitālieguldījumiem. Turklāt katrs plūsmas sadalītājs maksās tikpat, cik kanāla siena.
4. att. Stūra sekcijas gaisa kanālu sistēmā - dizaina un veiktspējas salīdzinājums
Optimālais risinājums vēja tuneļiem un rūpnieciskajai ventilācijai ir pagrieziena sekcijas rotācijas lāpstiņas ar spārna profilu, kas izvietotas pa diagonāli, kā attēlots 4. attēlā, 3.-5. gadījumā.
Visi iepriekš minētie CFD attēli atbilst gaisa kanāla stūra sekcijai ar 2x2m ieplūdi pie 20 m/s gaisa plūsmas ātruma, kā piemērs, kas ir visatbilstošākais indoor skydiving un zema ātruma zemskaņas vēja tuneļu lietošanas gadījumiem.
4. attēla 3. gadījums parāda stūra sekciju ar vienkāršām vadlāpstiņām, kas izgatavotas no plānām liektām metāla loksnēm. 4. attēla 4. gadījums ir labākais piemērs rotācijas lāpstiņām, kas pieejamas no TunnelTech tuvākajiem konkurentiem. Abiem ir mazāks hordas garums un neoptimizēta spārna forma, kā rezultātā sekcijas izejā veidojas atlikušā plūsmas nevienmērība, lielāka aerodinamiskā pretestība un gaisa kanāla troksnis. Plānas lāpstiņas, kas izgatavotas no vienkāršām liektām metāla loksnēm, parasti pārsniedz pieļaujamos trokšņa līmeņus pat pie zema gaisa ātruma, un variantam ar biezu un īsu profilu ar zemu hordas un biezuma attiecību būs arī mazāks virsmas laukums, kas ir nevēlami lietojumos, kur siltuma pārnesei tiek izmantotas dzesējamas vadlāpstiņas.
4. attēla 5. gadījuma apakšējā daļā ir parādīts gaisa kanāla stūris, kas aprīkots ar augstas veiktspējas Tunnel Tech vadlāpstiņām (pasūtīšanai skatiet sekojošo p/n: TTE-TV-90). Kā redzams no šķērsgriezumiem, plūsma ir vienmērīgāka pareizi profilētu vadlāpstiņu gadījumā, kas rada mazāku spiediena kritumu un zemu turbulenci.
Izplūdes gaisa spiediena/ātruma profils ir arī daudz labāks Tunnel Tech stūra sekcijām, kas aprīkotas ar garas hordas lāpstiņām, nekā citos gadījumos. Tas nodrošina nepārspējamu Tunnel Tech aerodinamisko kvalitāti, kas atspoguļota daudzās profesionālu izpletņlēcēju un citu klientu atsauksmēs.
Visi iepriekš apspriestie dati, ieskaitot hordas garumu un dzesēšanas iespējas, ir pieejami arī <strong>1. tabulā</strong>.
| Gadījums / Lāpstiņas tips | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Hordas garums (mm) | Dzesēšana |
|---|---|---|---|---|
| 1. Nav lāpstiņu, ass pagrieziens | 114 | 0.47 | — | Nē |
| 2. Vienmērīgi izliekta stūra sekcija | 41 | 0.17 | > 2000 | Nē |
| 3. Vienkāršas radiāli izliektas plānas plāksnes | 80 | 0.33 | 250–500 | Nē |
| 4. Tuvāko konkurentu vadlāpstiņas | 88 | 0.37 | 280 | Jā |
| 5. Tunnel Tech optimizētās vadlāpstiņas | 57 | 0.24 | 500 | Jā |
Hidraulisko zudumu koeficienta vērtības ātruma diapazonam līdz 100m/s kanāla pagrieziena sekcijai ar TunnelTech un konkurentu lāpstiņām, bez izmaiņām sākotnējo datu izvēles dēļ, ir dotas 5. attēlā.
Sīkāka informācija par hidrauliskajiem zudumiem kanāla garumā, lokālo pretestību un kopējo hidraulisko zudumu koeficientu ir sniegta zemāk.
5. att. Tunnel Tech un konkurenta pagrieziena sekcijas salīdzinājums. Darsī-Veisbaha hidraulisko zudumu koeficients tai pašai ģeometrijai un sākotnējiem aprēķina apstākļiem.
Turbulences mazināšana uzticamiem hidrauliskajiem un strukturālās drošības aprēķiniem
6. att. Tunnel Tech stūra lāpstiņu sekcijas turbulences skala (m) pie 20 m/s
Vienmērīgs un paredzams spiediena/ātruma profils ir īpaši svarīgs lietojumos, kur augsta turbulence vai plūsmas atdalīšanās nav pieļaujama, piemēram, eksperimentālos vēja tuneļos, indoor skydiving iekārtās un lieljaudas lietojumos. Šīs parazītiskās parādības, kā arī spiediena pulsācijas, ko izraisa plūsmas atdalīšanās un liela mēroga turbulence, nav pieļaujamas arī iekārtās, kurās nepieciešama akustiski inducētu vibrāciju neesamība un kur gaisa kanāla strukturālās stabilitātes prasību dēļ nav pieļaujamas nekādas statiskā spiediena novirzes. Turklāt šīs turbulentās plūsmas ir izplatīts trokšņa avots, kas vēl vairāk pasliktina sistēmas kopējo veiktspēju un gala lietotājiem nodrošināto komfortu.
Jāņem vērā arī tas, ka plūsmas nelīdzenumiem ir tendence tālāk attīstīties un pastiprināties, ja netiek izmantoti speciāli taisnotāji, šūnveida struktūras, deturbulizācijas tīkli vai citas gaisa plūsmas pārvaldības ierīces [1-3]. Precīza gāzes dinamiskā analīze prasa aprēķināt katra nākamā gaisa kanāla elementa pretestību, ņemot vērā reālo ieplūdes spiediena/ātruma profilu, kas ģenerēts iepriekšējā hidrauliskā tīkla elementā. Gariem hidrauliskajiem tīkliem bieži vien nav iespējams veikt visas sistēmas CFD simulāciju milzīgo izmēru dēļ. Šādā situācijā tiek izmantoti aptuveni daļēji empīriski aprēķini, kas ietver šķidruma bezdimensiju skaitļus un ģeometrijas kritērijus [4], vai programmatūra, kas balstīta uz šādām metodēm. Tāpat FEA modelēšana kanāla strukturālās stabilitātes noteikšanai parasti tiek veikta ar stabilu statiskā spiediena lauku, kas piemērots kanāla sienām. Tādējādi spēcīgi plūsmas nelīdzenumi, kas attīstās lejpus plūsmas, var ieviest kļūdu arī nesošo konstrukciju drošībai kritiskos pētījumos.
Aptuvenās metodes parasti nerisina ātruma profila kropļojumus pie ieejas hidrauliskā tīkla elementā un labākajā gadījumā ņem vērā, vai profils ir attīstīts vai vēl neattīstīts (vienmērīgs), un robežslāņa parametrus. Vēja tuneļos un rūpnieciskās ventilācijas sistēmās katrs plūsmas pagrieziens var izraisīt nevienmērību un spēcīgu plūsmas virpuļošanu, kas rada nenoteiktību hidrauliskās pretestības aprēķinos garos hidrauliskajos tīklos. Tāpēc, kur iespējams, jāizvairās no lielu ātruma profila nelīdzenumu parādīšanās.
6. attēlā un no iepriekš demonstrētā var redzēt, ka pagrieziena sekciju parametri ar TunnelTech vadlāpstiņām ir tādi, ka tie nerada papildu plūsmas traucējumus, bet var tikt izmantoti arī, lai slāpētu virpuļus un nevienmērību lejpus pagrieziena sekcijas. Tādējādi rotācijas sekcija ar TunnelTech lāpstiņām var darboties arī kā efektīvs plūsmas taisnotājs, ja tā uzstādīta pēc aksiālā ventilatora, kanāla difuzora, siltummaiņa, testa sekcijas, atzarošanās vai ievadīšanas kanālā, vai jebkura cita turbulenci ģenerējoša objekta.
Lokālās pretestības koeficients
Pagrieziena stūra lokālās pretestības raksturlielumus var aprēķināt, izmantojot labi zināmo Darsī-Veisbaha vienādojumu:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kur:
- ΔP – kopējie spiediena zudumi (spiediena kritums) Pa;
- ξ – lokālās pretestības (Darsī-Veisbaha) koeficients;
- ρ – šķidruma blīvums (kg/m³);
- V – šķidruma ātrums ieplūdes šķērsgriezumā (m/s).
Šie parametri, kas nosaka gaisa kanāla energoefektivitāti, ir ļoti atkarīgi no vadlāpstiņu dizaina.
Saskaņā ar [4] sarežģīta hidrauliskā elementa kopējo pretestību var attēlot kā garuma berzes pretestības ξL un lokālās pretestības ξ0 summu:
ξSUM = ξL + ξ0
Taisnvirziena gaisa kanālam garuma pretestība ir proporcionāla garumam un apgriezti proporcionāla hidrauliskajam diametram, ko izsaka ar formulu:
ξL = (L / D) · f
kur f ir Darsī berzes koeficients.
Vienkāršas formas cauruļu gadījumā (t.i., aplis, kvadrāts, sešstūris), f var izteikt ar nelineāru atkarību tikai no Reinoldsa skaitļa – skatīt 2. nodaļu [4] vai https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Berzes koeficientu f vienkāršai apaļai caurulei (apļa kanālam) ar gludām sienām, ar attīstītu stabilizētu plūsmas profilu ieplūdē un turbulentam režīmam (Reinoldsa skaitļi Re > 4×103) var aprēķināt pēc formulas:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Reāliem kanāliem jāņem vērā arī raupjums.
7. attēls zemāk parāda Darsī berzes koeficienta grafiku pret Reinoldsa skaitli Re dažādiem relatīvajiem sienas raupjumiem, ko pirmo reizi publicēja Nikuradze [5-8]. Šis grafiks ir pazīstams arī kā Mūdija diagramma [9] vai Kolbruka-Vaita korelācija [10-11]. Mūsdienu pētījumi gludām caurulēm atrodami [12].
Šī diagramma parāda sarežģīto f(Re) atkarību apaļai caurulei ar dažādu raupjumu. Kvadrātveida un citām neapaļām caurulēm diagramma būs sarežģītāka. Tādējādi jāņem vērā plūsmas režīmi (Reinoldsa skaitlis), kanāla forma un relatīvais sienas raupjums.
7. att. Mūdija (pazīstama arī kā Nikuradzes) diagramma, kas parāda Darsī-Veisbaha berzes koeficientu fD atkarībā no Reinoldsa skaitļa Re dažādiem relatīvajiem raupjumiem – Oriģinālā diagramma: S Beck and R Collins, University of Sheffield, Shared under CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Reālu raupju kanālu gadījumā joprojām ir iespējams attēlot kopējo pretestību kā summu ξSUM = ξL + ξ0 no garuma pretestības un lokālās pretestības.
Šāds summas attēlojums vienkāršo kanāla parametru izpēti, jo lokālo pretestību ξ0 var aprēķināt vienkāršotai elementa ģeometrijai – piemēram, periodiskā problēmas formulējumā ar mazāku aprēķina domēnu vai problēmas 2D versijā. Ievērojiet milzīgo aprēķina domēna izmēru 4. attēlā parādītajos piemēros, kur sekcijas augstums ir 3 un garums 18 metri, un tīkla konverģence sāk adekvāti parādīties pie izmēra, kas pārsniedz 10 miljonus tīkla elementu. Problēmas formulējuma variants ar periodiskiem vai 2D nosacījumiem šiem gadījumiem varētu būt ar par kārtu mazāku tīkla elementu skaitu, un katra ātruma punkta vienkāršotais aprēķins ΔP(v) grafikam aizņemtu tikai dažas minūtes vai pat sekundes, nevis stundas.
Tādējādi sadalīšana divu pretestību summā var ievērojami vienkāršot aprēķinus – var ātri noteikt lokālo pretestību ξ0 un pēc tam pievienot garuma pretestību ξL. Pēdējo var ātri novērtēt no zināmām tabulām vai ar aptuvenām formulām, izmantojot vienkāršotus vienādojumus, kas balstīti uz bezdimensiju skaitļiem un gaisa kanāla ģeometrijas parametriem. Hidrauliskajiem un kanālu tīkla elementiem ar straujām plūsmas virziena izmaiņām (leņķveida elkoņi, vienmērīgi līkumi, līkumi dažādos leņķos ar un bez vadlāpstiņām) līdzīga pieeja un metode ir parādīta 6-1 un 6-2 nodaļās visaptverošajā Hidrauliskās pretestības rokasgrāmatā [4].
Produkta iezīmes
Tunnel Tech gaisa plūsmas vadlāpstiņas (TTE-TV produkts) ir šīs tehnoloģijas priekšgalā, piedāvājot nepārspējamu efektivitāti gaisa plūsmas pārvaldībā. Mūsu produkti ir paredzēti plašam pielietojumu klāstam, no indoor skydiving iekārtām un vēja tuneļiem līdz HVAC un ventilācijas sistēmām, iemiesojot aerodinamiskā dizaina un energoefektivitātes jaunākos sasniegumus.
Vadlāpstiņu sekcijas veiktspēja gaisa kanālos
Tunnel Tech augstas veiktspējas gaisa plūsmas vadlāpstiņas nosaka nozares standartu jaudas un aerodinamiskajai efektivitātei. Mūsu enerģiju taupošās vadlāpstiņas ir inženierijas izstrādātas, lai minimizētu aerodinamisko berzi, nodrošinot vienmērīgu gaisa plūsmu un samazinot enerģijas patēriņu.
TunnelTech vadlāpstiņām ir lieliski gaisa kanāla lokālās pretestības raksturlielumi. Pretestības parametri, kas aprēķināti, izmantojot Darsī-Veisbaha vienādojumu, kā aprakstīts iepriekš, ir parādīti sekojošajos attēlos (skatīt 8. attēlu zemāk) un Vadlāpstiņu datu lapā.
Kopumā gadījumā, ja kanāla izmērs nav zināms, vērtības tiek dotas idealizētam elementam ar periodiskiem sānu robežnosacījumiem, neņemot vērā papildu sienas pretestības ieguldījumu garumā, raupjumu un citu lokālo parametru ietekmi. 8. attēlā dotas vērtības idealizētam rotācijas stūra elementam ar Tunnel Tech lāpstiņām, kas aprēķināts bezgalīgā periodiskā 15 lāpstiņu kopa aproksimācijā ar periodiskiem robežnosacījumiem.
8. att. Tunnel Tech vadlāpstiņas lokālās pretestības koeficients un atbilstošais spiediena kritums.
Ja HVAC vai cita hidrauliskā sistēma sastāv no kanāliem, kas parasti nemaina plūsmas laukuma šķērsgriezuma formu plūsmas ceļā, aptuveniem aprēķiniem ir ērti novērtēt pretestību uz garuma vienību (protams, novērtējama visam ātruma diapazonam):
KL = ξL / L = f / Dh
kur Dh ir kanāla hidrauliskais diametrs. KL vērtību ir viegli noteikt no uzziņu grāmatām, kā apspriests iepriekš. Tādējādi, reizinot to ar garumu un pievienojot lokālās pretestības vērtības ξ0, kas iegūtas no datu lapām vai aprēķinātas neatkarīgi, ir iespējams ātri novērtēt kopējo spiediena zudumu sistēmā.
ξSUM = KL · L + ξ0
Iepriekš minētajiem ilustratīvajiem piemēriem, kas parādīti 4. attēlā ar 2×2 metru kvadrātveida kanālu ar aprēķinā izmantotajiem gāzes parametriem un raupjumu, pretestība uz garuma vienību ir aptuveni K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa. Šī vērtība attiecas, novērtējot kvadrātveida kanālu, neņemot vērā līkumus, lāpstiņas vai citu iekšējo aprīkojumu. Pilnam 21 metra garumam, ko gaisa masa veic pa kanālu, spiediena kritums būs ~44 Paskāli. Pievienojot tam vērtību, kas parādīta 8. attēlā (11 Pa ātrumam 20 m/s, kas ņemts saskaņā ar Vadlāpstiņu datu lapu (Tabula A.2.1)), iegūst kopējo pretestību 55 Pa reālai 2×2 kvadrātveida kanāla sekcijai ar rotācijas lāpstiņām tajā. Šī vērtība labi saskan ar vērtību, kas parādīta 4. attēlā, 5. gadījumā.
Vairāk informācijas par aptuveniem veidiem, kā aprēķināt jebkuras formas kanālu pretestības, neizmantojot CFD metodes, var viegli atrast <a href="#references">[4]</a> vai līdzīgā literatūrā.
NB! Lūdzu, ņemiet vērā, ka 4. attēlā redzamie piemēri ir tikai īpašs gadījums, lai demonstrētu rotācijas lāpstiņu darbību, un tos nevar izmantot patvaļīga kanāla novērtēšanai! 8. attēls ir piemērojams plašākā kontekstā, tomēr jāņem vērā klienta kanāla specifiskie parametri. Katrai konkrētai sistēmai nepieciešama detalizēta analīze, ko varat pasūtīt no Tunnel Tech. Lai precīzi aprēķinātu kanāla hidraulisko pretestību un veiktu ekspertu novērtējumu jūsu ventilācijas vai vēja tuneļa aprīkojuma enerģijas patēriņam, lūdzu, sazinieties ar mums.
Papildu informāciju par pakalpojumiem un R&D var atrast arī Tehnoloģiju lapā un Pakalpojumu sadaļā.
Vadlāpstiņa rūpnieciskajai dzesēšanai un apkurei
Unikāli starp vadlāpstiņām rūpnieciskajiem gaisa kanāliem, mūsu produkti piedāvā iespēju cirkulēt dzesēšanas šķidrumu ar lielu plūsmas ātrumu, ļaujot efektīvi dzesēt vai sildīt gaisu, tam plūstot caur kanālu. Šī funkcija paver jaunas iespējas termoregulācijā iekštelpu klimata kontroles lāpstiņu un zemas pretestības gaisa kanālā integrētu siltummaiņu izmantošanai, nodrošinot mūsu klientiem daudzpusīgus risinājumus viņu gaisa plūsmas vajadzībām.
Novērtētas, izmantojot HTCL (Siltuma caurlaidības koeficients uz lineāro metru) aprēķina metodi, kas kvantificē siltuma plūsmu (vatos) uz vadlāpstiņas garuma metru katram Kelvina logaritmiskās vidējās temperatūras starpības (ΔTLMTD) grādam starp ārējo gaisu un stūra lāpstiņas dzesēšanas šķidrumu, mūsu vadlāpstiņas ir inženierijas izstrādātas efektīvai siltuma izkliedēšanai dažādos gaisa plūsmas apstākļos, garantējot stabilu veiktspēju un temperatūras regulēšanu.
Siltuma caurlaidības koeficienta parametri ar ūdeni dzesējamām vadlāpstiņām ir parādīti 9. attēlā, gan mitram, gan sausam gaisam, kur ΔP [kPa] apzīmē ūdens spiediena starpību starp ieplūdes un izplūdes lāpstiņas portiem (zils un sarkans 10. attēlā).
10. att. Vadlāpstiņu dzesēšanas kanāli
9. att. HTCL koeficients. Sauss (RH=0%) un mitrs gaiss (RH=90% pie 30 °C) pie dažādas dzesēšanas šķidruma spiediena starpības (ūdens) starp ieplūdes un izplūdes dzesēšanas kanāla portiem.
Vadlāpstiņas atlikumsiltuma rekuperācijai
Dzesējamas vadlāpstiņas ar integrētiem siltuma apmaiņas kanāliem piedāvā daudzpusīgu risinājumu atlikumsiltuma atgūšanai dažādos pielietojumos. Integrētas siltuma apmaiņas sistēmās, šīs lāpstiņas var uztvert lieko siltumenerģiju, kas citādi tiktu zaudēta, nododot to siltuma rekuperācijas sistēmām, tādējādi ievērojami uzlabojot kopējo sistēmas efektivitāti.
Praktiskos pielietojumos šo tehnoloģiju var izmantot vairākās jomās. Piemēram, rūpnieciskos procesos dzesējamas vadlāpstiņas var atgūt atlikumsiltumu no izplūdes gāzēm un novirzīt to ienākošo šķidrumu vai gaisa priekšsildīšanai, tādējādi samazinot enerģijas patēriņu. HVAC sistēmās līdzīgi principi tiek izmantoti caur tādām ierīcēm kā siltuma rekuperācijas ventilatori (HRV) un enerģijas rekuperācijas ventilatori (ERV), kas pārnes siltumu starp izplūdes un ienākošajām gaisa plūsmām. Šis process minimizē enerģiju, kas nepieciešama ienākošā gaisa sildīšanai vai dzesēšanai, radot ievērojamus enerģijas ietaupījumus.
Turklāt dzesējamas vadlāpstiņas var integrēt sistēmās, ko izmanto enerģijas ražošanas un atjaunojamās enerģijas sektoros. Piemēram, koģenerācijas (CHP) sistēmās atlikumsiltums no elektroenerģijas ražošanas tiek atgūts un izmantots apkures vajadzībām, uzlabojot sistēmas kopējo efektivitāti. Ģeotermālās enerģijas sistēmās šīs lāpstiņas var palīdzēt pārvaldīt no zemes iegūto siltumenerģiju, optimizējot siltuma pārneses procesus.
Zaļās un atjaunojamās enerģijas iniciatīvās atlikumsiltuma atgūšanai ir kritiska loma oglekļa pēdas samazināšanā un enerģētikas sistēmu ilgtspējas uzlabošanā. Šī pieeja saskan ar taupīgas ražošanas principiem, uzlabojot resursu efektivitāti un samazinot ekspluatācijas izmaksas, izmantojot efektīvu siltuma pārvaldību. Turklāt ESG projektos šādu tehnoloģiju iekļaušana demonstrē apņemšanos minimizēt ietekmi uz vidi un optimizēt resursu izmantošanu, saskaņojot ar plašākiem ilgtspējas mērķiem.
Siltuma rekuperācija – saistītie projekti
Tunnel Tech ir plaša pieredze projektu īstenošanā, kas ietver siltuma apmaiņas un HVAC sistēmas, kas paredzētas atlikumsiltuma rekuperācijai, izmantojot dzesējamas vadlāpstiņas. Integrējot šīs lāpstiņas siltuma apmaiņas iekārtās, kas inženierijas izstrādātas, lai uztvertu un atkārtoti izmantotu siltumenerģiju, kas citādi tiktu zaudēta, Tunnel Tech ļauj efektīvāk atgūt atlikumsiltumu no dažādiem rūpnieciskiem un komerciāliem procesiem. Šī pieeja ne tikai uzlabo energoefektivitāti, bet arī atbalsta ilgtspējības mērķus, samazinot enerģijas patēriņu un ekspluatācijas izmaksas.
Pielietojums
Mūsu vadlāpstiņas kalpo plašam nozaru un pielietojumu klāstam
HVAC sistēmas
| Komerciālās ēkas | Gaisa kanālu optimizācija; energoefektivitāte; ekspluatācijas izmaksu samazināšana; veselības un drošības uzlabošana, efektīvi pārvaldot gaisa kvalitāti un temperatūru; |
| Dzīvojamie kompleksi | Nodrošiniet komfortablu dzīves vidi ar optimālu gaisa kvalitāti un plūsmu; uzlabojiet veselību un drošību; |
| Datu centri | Termopārvaldības gaisa plūsmas lāpstiņas uztur kritiski svarīgus temperatūras un mitruma līmeņus serveru veiktspējai un ilgmūžībai; |
Civilās inženierijas ventilācijas sistēmas
| Slimnīcas un veselības aprūpes iestādes | Klusas darbības vadlāpstiņas nodrošina vitāli svarīgu gaisa kvalitātes kontroli, lai aizsargātu pacientus un personālu; uzlabo veselību un drošību, efektīvi pārvaldot gaisa kvalitāti un temperatūru |
| Izglītības iestādes | Radiet labvēlīgu mācību vidi, uzlabojot gaisa cirkulāciju |
Vides kontrole
| Elektronika, biotehnoloģijas, pārtikas tehnoloģijas un citas augsto tehnoloģiju iekārtas / Tīrtelpas | Regulējiet temperatūru un mitrumu augsto tehnoloģiju un prasīgai ražošanai; gaisa kondicionēšanas vadlāpstiņas uztur stingrus gaisa plūsmas standartus ražošanai un pētniecībai |
| Sporta arēnas | Nodrošiniet komfortu un drošību gan sportistiem, gan skatītājiem |
Rūpnieciskie un specializētie pielietojumi
| Tuneļu būvniecība un uzturēšana | Uzlabojiet gaisa kvalitāti un drošību strādniekiem tuneļu vidē; |
| Rūpniecības objekti | Gaisa kanālu optimizācija; energoefektivitāte; ilgtspējīga attīstība; ekspluatācijas izmaksu samazināšana; |
| Lietuves un smagās rūpniecības objekti | Energoefektivitāte; ekspluatācijas izmaksu samazināšana; atlikumsiltuma enerģijas rekuperācija; dekarbonizācija un ESG; lieljaudas HVAC gaisa kanāli; termopārvaldība; |
| Jūras inženierija | Uzlabojiet ventilācijas sistēmas uz kuģiem un zemūdenēm, lai nodrošinātu apkalpes komfortu un aprīkojuma uzticamību; |
| Kalnrūpniecība un pazemes būvniecība | Nodrošiniet kritiski svarīgu ventilāciju ieguves vietās un citās pazemes būvēs, samazinot bīstamu apstākļu risku; |
Katrs no šiem pielietojumiem gūst ievērojamu labumu no TunnelTech vadlāpstiņu uzlabotā dizaina un funkcionalitātes, iezīmējot lēcienu uz priekšu efektīvā gaisa plūsmas pārvaldībā. Izvēloties TunnelTech zemas pretestības gaisa vadlāpstiņas, klienti var sagaidīt ne tikai sistēmas veiktspējas mērķu sasniegšanu, bet arī to pārsniegšanu, vienlaikus
- •samazinot enerģijas patēriņu * par līdz pat 30%
- •samazinot troksni * par 60%, salīdzinot ar tradicionālajiem gaisa kanāliem.
* – eksperimentālie rezultāti TT45Pro vēja tuneļa ģeometrijai.
Lai saņemtu informāciju un sīkāku informāciju par to, kā mūsu vadlāpstiņas var pielāgot konkrētām vajadzībām, lūdzu, sazinieties ar mūsu komandu. Ļaujiet TunnelTech būt jūsu partnerim optimālu gaisa plūsmas pārvaldības risinājumu sasniegšanā.
Uzstādīšana un apkope
- •Izmēri un specifikācijas
Pārbaudiet kanāla izmērus un vadlāpstiņu specifikācijas pirms uzstādīšanas
- •Stiprināšanas iespējas
Pieejamas skavu, skrūvju un metināšanas konfigurācijās
- •Kravas pārvietošana
Ievērojiet kravas pārvietošanas vadlīnijas drošai transportēšanai un pozicionēšanai
- •Soli pa solim uzstādīšana
Detalizētas uzstādīšanas instrukcijas tiek nodrošinātas ar katru produktu piegādi
- •Pārbaužu grafiks
Regulāras vizuālās pārbaudes, lai nodrošinātu lāpstiņu izlīdzinājumu un strukturālo integritāti
- •Tīrīšanas procedūras
Periodiska tīrīšana, lai noņemtu putekļu un gružu uzkrāšanos uz lāpstiņu virsmām
- •Nolietojuma uzraudzība
Uzraugiet korozijas, erozijas vai mehānisku bojājumu pazīmes
- •Problēmu novēršanas rokasgrāmata
Risiniet izplatītas problēmas, piemēram, vibrāciju, troksni vai samazinātu gaisa plūsmas efektivitāti
Dokumentācija
Tehniskā informācija par Tunnel Tech vēja tuneļa stūra sekciju mezgliem un vadlāpstiņu parametriem ir pieejama visaptverošā datu lapā TTE-TSA un TTE-TV produktiem. Dokumentācija satur informāciju par dizaina iespējām, lokālajām pretestībām horizontāliem un vertikāliem 90 grādu plūsmas pagrieziena stūriem, kā arī hidrauliskos un siltuma pārneses parametrus dzesējamām vadlāpstiņām.
Lejupielādēt TTE-TSA datu lapu (PDF)Atsauces un saistītās publikācijas
Papildu informāciju par rotācijas lāpstiņu dizainu un optimizāciju vēja tuneļiem, rūpnieciskajām kanālu sistēmām, HVAC kanāliem un gaisa plūsmas pārvaldības aprīkojumam, ventilatoru taisnotājiem utt. var atrast zemāk norādītajās saitēs:
- 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.
Skatīt arī:
- Mūdija diagramma: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darsī-Veisbaha: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Berzes koeficients: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Berzes zudumi: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss