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 gaisa kanālu sistēmās, tas saskaras ar paaugstinātu hidraulisko pretestību, kas izraisa lielākus spiediena zudumus un turbulenci. Tas ne tikai apdraud sistēmas efektivitāti, pieprasot vairāk enerģijas gaisa plūsmas uzturēšanai, bet arī ietekmē gaisa kanālu strukturālo integritāti nevienmērīgā spiediena dēļ, ko rada turbulentas plūsmas.
Šeit talkā nāk vadlāpstiņas, kas pazīstamas arī kā stūru lāpstiņas vai plūsmas vadlāpstiņas (1. attēls). Izstrādātas uzstādīšanai stūros, kanālu stūru lāpstiņas ļauj gaisam veikt pagriezienu ar minimālu pretestību, efektīvi samazinot spiediena zudumus un mazinot turbulenci, bez nepieciešamības pēc papildu telpas, ko prasa 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 vispārīgiem HVAC risinājumiem.
Tradicionālais risinājums, lai pārvarētu minētās kaitīgās parādības – paaugstinātu turbulenci, spiediena zudumus un troksni strauji izliektā kanālā, ir projektēt radiālus kanālu līkumus (2. attēls un 4. attēls, 2. gadījums). Šie līkumi, lai gan tie ir efektīvi zināmā mērā mazinot turbulenci, troksni un spiediena zudumus (kas ir izplatīti asā līkumā, kā redzams 4. attēlā, 1. gadījumā), rada savas problēmas.
Vairākas tradicionālas ventilācijas kanālu sistēmas ar pagriezienu, kas izgatavots no vienmērīgi izliekta lokšņu metāla ar liektiem plūsmas virzītājiem, ir parādītas 2. attēlā pa kreisi. Attēlā ir parādīti daži piemēri standarta variantiem, ko parasti izmanto HVAC kanālos, piemēram, atbilstoši DW144 gaisa kanālu standartiem.
Šādi kanālu risinājumi ir izplatīti un rentabli nelieliem pielietojumiem inženierbūvniecībā, mazajos uzņēmumos un mazjaudas HVAC sistēmās, kur enerģijas izmaksas nav būtisks faktors. Tomēr šis dizains nav labs risinājums ventilācijas un dzesēšanas sistēmām vidējā un lielā mērogā, kā arī lieljaudas elektroenerģijas ražošanā, metalurģijā, turbomašīnās, siltummaiņos, atlikumsiltuma atgūšanā un mūsdienīgos zaļās un atjaunojamās enerģijas pielietojumos, kur hidrauliskā efektivitāte un enerģijas ietaupījumi ir obligāti.
Tomēr nav nepieciešams katru reizi būvēt pielāgotu nestandarta kanālu, kad hidrauliskā tīkla enerģijas patēriņš ir jāoptimizē līdz pilnībai. Tajā pašā 2. attēlā pa labi ir parādīts Tunnel Tech diagonālās vadlāpstiņu sekcijas variants, kas ir energoefektīvs, ar zemu trokšņa un turbulences līmeni, vienlaikus atbilstot nozares standartiem HVAC sistēmām, bet to var izmantot arī liela mēroga un lieljaudas rūpnieciskos pielietojumos. Liela mēroga objekta piemērs, kurā var viegli integrēt diagonālo vadlāpstiņu sekciju, ir parādīts 3. attēlā.
2. att. Tradicionāls vidēja mēroga HVAC vienmērīgs līkums ar sadalītāja lāpstiņu no lokšņu metāla, 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, elektroenerģijas ražošanai un rūpnieciskiem pielietojumiem.
Vadlāpstiņu dizains spiediena krituma, turbulences un trokšņa samazināšanai
Dažādu pagrieziena stūru dizainu salīdzināšanai spiediena zudumi (ΔP) un CFD simulētie plūsmas modeļi ir sniegti 4. attēlā zemāk. Kā demonstrācijas piemērs tika izvēlēts ieplūdes gaisa plūsmas ātrums 20 m/s un 2×2 m kvadrātveida gaisa kanāls. 20 m/s ātruma diapazons tika izvēlēts demonstrācijas nolūkos, jo parasti profesionāla līmeņa vertikālie vēja tuneļi indoor skydiving vajadzībām lielāko daļu laika darbojas režīmos, kur plūsmas ātrums rotējošajā 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 raupjumu 250 µm. Tika izmantots tīkls ar 6 līdz 10 milj. šūnu katrā domēnā. Ieplūdes robežā tika piemērots plakans ieplūdes profils un 2% turbulence. Turbulence tika apstrādāta, izmantojot k-ε modeli.
NB! Lūdzu, ņemiet vērā, ka 4. attēlā parādītās ilustrācijas ir atsevišķi piemēri, kas sniegti tikai ar mērķi ilustrēt darbības principus un salīdzināt dažus rotējošo stūru sekciju veidus. Šos gadījumus nevar uzskatīt par vispārīgiem absolūti katram izmantošanas gadījumam. Katrai reālai ventilācijas sistēmai vai citam hidrauliskajam tīklam katrā aprēķina punktā ir jāņem vērā specifiski hidrauliskie parametri, kanāla izmērs un forma, raupjums un strukturālie nelīdzenumi, plūsmas neviendabīgums un precīzi fizikālie gāzes parametri. Jūs varat pasūtīt šādu aprēķinu konkrētai sistēmai, sazinoties ar mums.
Ir 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 liektas plānas plāksnes (10-20 mm biezas).
- Tipiskas neoptimizētas tuvāko konkurentu vadlāpstiņas.
- Tunnel Tech vadlāpstiņas (TTE-TV) ar optimizētu profilu.
Nozīmīgākā problēma apaļi izliektiem kanāliem ar nelielu skaitu vienkāršu liektu plākšņu atdalītāju (vai vispār bez vadlāpstiņām) ir spiediena un ātruma sadalījuma modelis pagrieziena sekcijas izejā (4. attēls, 2. gadījums, skatīt izejas 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 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 liekuma 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 gaisa kanālu sistēmās vienmērīgu rādiusa līkumu ieviešana var novest pie nepamatoti lielām konstrukcijām, padarot šo pieeju nepraktisku daudzos scenārijos, īpaši tur, kur telpa ir ierobežota. Papildu nepieciešamā telpa ir parādīta ar pārtrauktām līnijām 4. attēlā, 2. gadījumā zemāk. Katra pagrieziena augstums un platums jāpalielina par vismaz 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. Stūru sekcijas gaisa kanālu sistēmā - dizaina un veiktspējas salīdzinājums
Optimālais risinājums vēja tuneļiem un rūpnieciskajai ventilācijai ir pagrieziena sekcijas vadlāpstiņas ar spārna profilu, kas izvietotas pa diagonāli, kā parādīts 4. attēlā, 3.-5. gadījumā.
Visi iepriekš minētie CFD attēli atbilst gaisa kanāla stūra sekcijai ar 2x2 m ieplūdi pie 20 m/s gaisa plūsmas ātruma, kā piemērs, kas visvairāk atbilst indoor skydiving un zema ātruma zemskaņas vēja tuneļu izmantošanas 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 vadlāpstiņām, kas pieejamas no TunnelTech tuvākajiem konkurentiem. Abām ir mazāks hordas garums un neoptimizēta aerodinamiskā profila forma, kā rezultātā sekcijas izejā veidojas atlikusī 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 variants ar biezu un īsu profilu ar zemu hordas un biezuma attiecību arī iegūs mazāku virsmas laukumu, kas ir nevēlami pielietojumos, kur dzesējamas vadlāpstiņas tiek izmantotas siltuma pārnesei.
4. attēla 5. gadījuma apakšējā daļā ir parādīts gaisa kanāla stūris, kas aprīkots ar augstas veiktspējas Tunnel Tech vadlāpstiņām (pasūtīšanai skatīt šo p/n: TTE-TV-90). Kā redzams no šķērsgriezumiem, pareizi profilētu vadlāpstiņu gadījumā plūsma ir vienmērīgāka, kas noved pie mazākiem spiediena zudumiem un zemas turbulences.
Izejas gaisa spiediena/ātruma profils ir arī daudz labāks Tunnel Tech stūru sekcijām, kas aprīkotas ar garas hordas lāpstiņām, nekā citos gadījumos. Tas nodrošina nepārspējamu Tunnel Tech aerodinamisko kvalitāti, kas atspoguļojas daudzās profesionālu izpletņlēcēju un citu klientu atsauksmēs.
Visi iepriekš apspriestie dati, tostarp hordas garums un dzesēšanas iespējas, ir pieejami arī <strong>1. tabulā</strong>.
| Gadījums / Lāpstiņas tips | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Hordas garums (mm) | Dzesēšana |
|---|---|---|---|---|
| 1. Bez lāpstiņām, ass pagrieziens | 114 | 0.47 | — | Nē |
| 2. Vienmērīgi izliekta stūra sekcija | 41 | 0.17 | > 2000 | Nē |
| 3. Vienkāršas radiāli liektas 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 100 m/s kanāla pagrieziena sekcijai ar TunnelTech un konkurentu lāpstiņām, bez variācijām sākotnējo datu izvēles dēļ, ir sniegtas 5. attēlā.
Sīkāka informācija par hidrauliskajiem zudumiem visā kanāla garumā, lokālo pretestību un kopējo hidraulisko zudumu koeficientu ir sniegta turpmāk.
5. att. Tunnel Tech un konkurentu pagrieziena sekciju salīdzinājums. Dārsija-Veisbaha hidraulisko zudumu koeficients vienādai 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 pielietojumos, kur augsta turbulence vai plūsmas atdalīšanās nav pieņemama, piemēram, eksperimentālajos vēja tuneļos, indoor skydiving iekārtās un lieljaudas pielietojumos. Šīs parazītiskās parādības, kā arī spiediena pulsācijas, ko izraisa plūsmas atdalīšanās un liela mēroga turbulence, ir nepieņemamas arī iekārtās, kurās nepieciešama akustiski ierosinātu vibrāciju neesamība un kur jebkādas statiskā spiediena novirzes nav pieļaujamas gaisa kanāla strukturālās stabilitātes prasību dēļ. Turklāt šīs turbulentās plūsmas ir izplatīts trokšņa avots, kas vēl vairāk pasliktina sistēmas kopējo veiktspēju un gala lietotājiem sniegto komfortu.
Jāņem vērā arī tas, ka plūsmas nevienmērībām ir tendence tālāk attīstīties un pastiprināties, ja netiek izmantoti īpaši taisnotāji, šūnveida struktūras (honeycomb), 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 tiek ģenerēts iepriekšējā hidrauliskā tīkla elementā. Gariem hidrauliskajiem tīkliem bieži vien nav iespējams veikt visas sistēmas CFD simulāciju milzīgo izmēru dēļ. Šādai situācijai tiek izmantoti aptuveni daļēji empīriski aprēķini, kas ietver šķidruma bezdimensiju skaitļus un ģeometrijas kritērijus [4], vai programmatūra, kuras pamatā ir šādas metodes. Tāpat FEA modelēšana, lai noteiktu kanāla strukturālo stabilitāti, parasti tiek veikta ar stabilu statiskā spiediena lauku, kas pielikts kanāla sienām. Tādējādi nopietnas plūsmas nevienmērības, kas attīstās lejup pa straumi, var arī radīt kļūdas drošībai kritiskos nesošo konstrukciju pētījumos.
Aptuvenās metodes parasti nenodarbojas ar ātruma profila kropļojumiem hidrauliskā tīkla elementa ieplūdē un labākajā gadījumā ņem vērā to, vai profils ir attīstīts vai vēl neattīstīts (vienmērīgs), un robežslāņa parametrus. Vēja tuneļos un rūpnieciskajās ventilācijas sistēmās katrs plūsmas pagrieziens var izraisīt nevienmērīgumu un spēcīgu plūsmas virpuļošanu (swirl), kas noved pie nenoteiktības hidrauliskās pretestības aprēķinos garos hidrauliskajos tīklos. Tāpēc, kur vien iespējams, jāizvairās no lielu ātruma profila nevienmērību 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 tos var izmantot arī, lai slāpētu virpuļošanu un nevienmērīgumu lejup pa straumi no pagrieziena sekcijas. Tādējādi rotējošā sekcija ar TunnelTech lāpstiņām var darboties arī kā efektīvs plūsmas taisnotājs, ja tā ir uzstādīta aiz aksiālā ventilatora, kanāla difuzora, siltummaiņa, testa sekcijas, atzarošanās vai pieslēgšanās kanālam, vai jebkura cita turbulenci ģenerējoša objekta.
Lokālās pretestības koeficients
Pagrieziena stūra lokālās pretestības raksturlielumus var aprēķināt, izmantojot labi zināmo Dārsija-Veisbaha vienādojumu:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kur:
- ΔP – kopējie spiediena zudumi (spiediena kritums) Pa;
- ξ – lokālās pretestības (Dārsija-Veisbaha) koeficients;
- ρ – šķidruma/gāzes blīvums (kg/m³);
- V – šķidruma/gāzes ātrums ieplūdes šķērsgriezumā (m/s).
Šie parametri, kas nosaka gaisa kanāla energoefektivitāti, ir ļoti atkarīgi no vadlāpstiņu dizaina.
Saskaņā ar [4] kompleksa 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 Dārsija berzes koeficients.
Vienkāršas formas cauruļu gadījumā (t.i., apaļas, kvadrātveida, sešstūra), 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 (apaļam 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 ir jāņem vērā arī raupjums.
7. attēlā zemāk ir parādīts Dārsija berzes koeficienta grafiks atkarībā no Reinoldsa skaitļa 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 pētījumu par gludām caurulēm var atrast [12].
Šī diagramma parāda sarežģīto f(Re) atkarību apaļai caurulei ar dažādu raupjumu. Kvadrātveida un citām neapaļām caurulēm diagramma būs sarežģītāka. Tādējādi ir jāņem vērā plūsmas režīmi (Reinoldsa skaitlis), kanāla forma un relatīvais sienas raupjums.
7. att. Mūdija (jeb Nikuradzes) diagramma, kas parāda Dārsija-Veisbaha berzes koeficientu fD atkarībā no Reinoldsa skaitļa Re dažādiem relatīvajiem raupjumiem – Oriģinālā diagramma: S Beck un R Collins, Šefīldas Universitāte, Kopīgota saskaņā ar CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Reālu raupju kanālu gadījumā joprojām ir iespējams attēlot kopējo pretestību kā garuma pretestības un lokālās pretestības summu ξSUM = ξL + ξ0.
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. Ņemiet vērā milzīgo aprēķina domēna izmēru piemēros, kas parādīti 4. attēlā, kur sekcijas augstums ir 3 un garums 18 metri, un tīkla konverģence sāk adekvāti parādīties pie vairāk nekā 10 miljoniem tīkla elementu. Problēmas formulējuma variantam ar periodiskiem vai 2D nosacījumiem šiem gadījumiem varētu būt par kārtu mazāks tīkla elementu skaits, un katra ātruma punkta vienkāršots 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, kuru pamatā ir bezdimensiju skaitļi un gaisa kanāla ģeometrijas parametri. Hidrauliskajiem un kanālu tīkla elementiem ar krasām plūsmas virziena izmaiņām (leņķveida līkumi, vienmērīgi līkumi, līkumi dažādos leņķos ar un bez vadlāpstiņām) līdzīga pieeja un metode ir izklāstīta 6-1 un 6-2 nodaļās visaptverošajā Hidrauliskās pretestības rokasgrāmatā [4].
Tehniskās specifikācijas
Visaptveroši tehniskie dati precīzai inženierijai un veiktspējas aprēķiniem.
Integrēta dzesēšanas tehnoloģija
Revolucionizējot tuneļu dizainu, mūsu vadlāpstiņas ir aprīkotas ar integrētiem iekšējiem dzesēšanas šķidruma kanāliem — nodrošinot izcilu siltuma apmaiņas efektivitāti, neapdraudot gaisa plūsmas kvalitāti.
- Masīva siltuma izkliedes jauda, mērogojama no simtiem kilovatu līdz desmitiem megavatu.
- Efektīva termiskā pārvaldība ar nulles negatīvu ietekmi uz gaisa plūsmas turbulenci vai plūsmas kvalitāti.
- Izstrādāts ar sešiem integrētiem iekšējiem dzesēšanas kanāliem katrā lāpstiņā maksimālai termiskajai efektivitātei
- Nevainojama integrācija ar standarta industriālajām ūdens dzesēšanas infrastruktūrām
Produkta galvenās iezīmes
Tunnel Tech gaisa plūsmas vadlāpstiņas (TTE-TV produkts) ir šīs tehnoloģijas priekšgalā, piedāvājot nepārspējamu efektivitāti gaisa plūsmas pārvaldībā. Mūsu produkti ir izstrādāti plašam pielietojumu klāstam, sākot no indoor skydiving iekārtām un vēja tuneļiem līdz HVAC un ventilācijas sistēmām, iemiesojot vismodernāko aerodinamisko dizainu un energoefektivitāti.
Vadlāpstiņu sekcijas veiktspēja gaisa kanālos
Tunnel Tech augstas veiktspējas gaisa plūsmas vadlāpstiņas nosaka nozares standartu jaudas un aerodinamiskajai efektivitātei. Mūsu enerģiju taupošās vadlāpstiņas ir 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 Dārsija-Veisbaha vienādojumu, kā aprakstīts iepriekš, ir parādīti šajos attēlos (skatīt 8. attēlu zemāk) un Vadlāpstiņu datu lapā.
Kopumā gadījumam, kad kanāla izmērs nav zināms, vērtības tiek dotas idealizētam elementam ar periodiskiem sānu robežnosacījumiem, neņemot vērā papildu sienas pretestības ieguldījumu visā garumā, raupjumu un citu lokālo parametru ietekmi. 8. attēlā ir dotas vērtības idealizētam rotējošam stūra elementam ar Tunnel Tech lāpstiņām, kas tika aprēķināts bezgalīgas periodiskas secības tuvinājumā 15 lāpstiņu grēdai 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 gar plūsmas ceļu, aptuveniem aprēķiniem ir ērti novērtēt pretestību uz garuma vienību (protams, novērtējot 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 kopējos spiediena zudumus sistēmā.
ξSUM = KL · L + ξ0
Iepriekš minētajos ilustratīvajos piemēros, kas parādīti 4. attēlā, 2×2 metru kvadrātveida kanālam 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 ir spēkā, 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 Pa. Pievienojot tam 8. attēlā parādīto vērtību (11 Pa ātrumam 20 m/s, kas ņemta saskaņā ar Vadlāpstiņu datu lapu (A.2.1. tabula)), iegūst kopējo pretestību 55 Pa reālai 2×2 kvadrātveida kanāla sekcijai ar rotējošām lāpstiņām tajā. Šī vērtība labi saskan ar vērtību, kas parādīta 4. attēlā, 5. gadījumā.
Plašāku informāciju 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 parādītie piemēri ir tikai īpašs gadījums, lai demonstrētu rotējošo lāpstiņu darbību, un tos nevar izmantot patvaļīga kanāla novērtēšanai! 8. attēls ir piemērojams plašākā kontekstā, tomēr ir jāņem vērā klienta kanāla specifiskie parametri. Katrai konkrētai sistēmai nepieciešama detalizēta analīze, ko varat pasūtīt no Tunnel Tech. Lai iegūtu precīzu kanāla hidrauliskās pretestības aprēķinu un ekspertu novērtējumu par jūsu ventilācijas vai vēja tuneļa aprīkojuma enerģijas patēriņu, lūdzu, sazinieties ar mums.
Papildu informāciju par pakalpojumiem un P&A var atrast arī Tehnoloģiju lapā un Pakalpojumu sadaļā.
Vadlāpstiņas rūpnieciskajai dzesēšanai un apsildei
Unikāli starp rūpniecisko gaisa kanālu vadlāpstiņām, mūsu produkti piedāvā iespēju cirkulēt dzesēšanas šķidrumu ar lielu plūsmas ātrumu, ļaujot efektīvi atdzesēt vai uzsildīt gaisu, tam plūstot caur kanālu. Šī funkcija paver jaunas iespējas termiskajā regulēšanā, izmantojot iekštelpu klimata kontroles lāpstiņas un zemas pretestības gaisa kanālos integrētus siltummaiņus, nodrošinot mūsu klientiem daudzpusīgus risinājumus viņu gaisa plūsmas vajadzībām.
Novērtētas, izmantojot HTCL (siltuma pārneses koeficients uz lineāro metru) aprēķina metodi, kas kvantitatīvi nosaka siltuma plūsmu (vatos) uz vadlāpstiņas garuma metru katram logaritmiskās vidējās temperatūras starpības (ΔTLMTD) kelvinam starp ārējo gaisu un stūra lāpstiņas dzesēšanas šķidrumu, mūsu vadlāpstiņas ir izstrādātas efektīvai siltuma izkliedēšanai dažādos gaisa plūsmas apstākļos, garantējot stabilu veiktspēju un temperatūras regulēšanu.
Siltuma pārneses koeficienta parametri ar ūdeni dzesējamām vadlāpstiņām ir parādīti 9. attēlā gan mitram, gan sausam gaisam, kur ΔP [kPa] apzīmē ūdens spiediena starpību starp lāpstiņas ieplūdes un izplūdes portiem (zilā un sarkanā krāsā 10. attēlā).
10. att. Vadlāpstiņu dzesēšanas kanāli
9. att. HTCL koeficients. Sauss (RH=0%) un mitrs gaiss (RH=90% pie 30 °C) pie dažādām dzesēšanas šķidruma (ūdens) spiediena starpībām starp ieplūdes un izplūdes dzesēšanas kanālu portiem.
Vadlāpstiņas atlikumsiltuma rekuperācijai
Dzesējamas vadlāpstiņas ar integrētiem siltummaiņas kanāliem piedāvā daudzpusīgu risinājumu atlikumsiltuma atgūšanai dažādos pielietojumos. Integrējot tās siltummaiņas sistēmās, šīs lāpstiņas var uztvert lieko siltumenerģiju, kas citādi tiktu zaudēta, nododot to siltuma rekuperācijas sistēmām, tādējādi ievērojami uzlabojot kopējo sistēmas efektivitātu.
Praktiskos pielietojumos šo tehnoloģiju var izmantot vairākās jomās. Piemēram, rūpnieciskajos procesos dzesējamas vadlāpstiņas var atgūt atlikumsiltumu no izplūdes gāzēm un novirzīt to ienākošo šķidrumu vai gaisa uzsildīšanai, tādējādi samazinot enerģijas patēriņu. HVAC sistēmās līdzīgi principi tiek izmantoti, izmantojot tādas ierīces kā siltuma atgūšanas ventilatori (HRV) un enerģijas atgūšanas ventilatori (ERV), kas pārnes siltumu starp izplūdes un ienākošā gaisa plūsmām. Šis process minimizē enerģiju, kas nepieciešama ienākošā gaisa sildīšanai vai dzesēšanai, tādējādi radot ievērojamus enerģijas ietaupījumus.
Turklāt dzesējamas vadlāpstiņas var integrēt sistēmās, ko izmanto elektroenerģijas ražošanas un atjaunojamās enerģijas nozarēs. 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 izšķiroša nozīme oglekļa pēdas samazināšanā un enerģijas sistēmu ilgtspējības uzlabošanā. Šī pieeja atbilst taupīgās ražošanas (lean manufacturing) principiem, uzlabojot resursu efektivitāti un samazinot ekspluatācijas izmaksas, izmantojot efektīvu siltuma pārvaldību. Turklāt ESG projektos šādu tehnoloģiju iekļaušana demonstrē apņemšanos samazināt ietekmi uz vidi un optimizēt resursu izmantošanu, saskaņojot to ar plašākiem ilgtspējības mērķiem.
Siltuma rekuperācija – saistītie projekti
Tunnel Tech ir plaša pieredze tādu projektu īstenošanā, kas ietver siltummaiņas un HVAC sistēmas, kuras paredzētas atlikumsiltuma rekuperācijai, izmantojot dzesējamas vadlāpstiņas. Integrējot šīs lāpstiņas siltummaiņas iekārtās, kas izstrādātas, lai uztvertu un atkārtoti izmantotu siltumenerģiju, kura citādi tiktu zaudēta, Tunnel Tech nodrošina efektīvāku atlikumsiltuma atgūšanu no dažādiem rūpnieciskiem un komerciāliem procesiem. Šī pieeja ne tikai uzlabo energoefektivitāti, bet arī atbalsta ilgtspējības mērķus, samazinot enerģijas patēriņu un ekspluatācijas izmaksas.
Pielietojumi
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 | Nodrošina komfortablu dzīves vidi ar optimālu gaisa kvalitāti un plūsmu; Uzlabo veselību un drošību; |
| Datu centri | Termiskās vadības gaisa plūsmas vadlāpstiņas uztur kritiskos temperatūras un mitruma līmeņus serveru veiktspējai un ilgmūžībai; |
Inženierbūvju ventilācijas sistēmas
| Slimnīcas un veselības aprūpes iestādes | Klusi darbojošās 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
| Elektronikas, biotehnoloģiju, pārtikas tehnoloģiju un citas augsto tehnoloģiju iestādes / Tīrās telpas | Regulē temperatūru un mitrumu augsto tehnoloģiju un prasīgai ražošanai; Gaisa kondicionēšanas vadlāpstiņas uztur stingrus gaisa plūsmas standartus ražošanai un pētniecībai |
| Sporta arēnas | Nodrošina komfortu un drošību gan sportistiem, gan skatītājiem |
Rūpnieciskie un specializētie pielietojumi
| Tuneļu būvniecība un uzturēšana | Uzlabo gaisa kvalitāti un drošību darbiniekiem tuneļu vidē; |
| Rūpniecības objekti | Gaisa kanālu optimizācija; Energoefektivitāte; Ilgtspējīga attīstība; Ekspluatācijas izmaksu samazināšana; |
| Lietuves un lieljaudas rūpniecības objekti | Energoefektivitāte; Ekspluatācijas izmaksu samazināšana; Atlikumsiltuma enerģijas rekuperācija; Dekarbonizācija un ESG; Lieljaudas HVAC gaisa kanāli; Termiskā vadība; |
| Jūras inženierija | Uzlabo ventilācijas sistēmas uz kuģiem un zemūdenēm apkalpes komfortam un iekārtu uzticamībai; |
| Ieguves rūpniecība un pazemes būvniecība | Nodrošina vitāli svarīgu ventilāciju raktuvēs un citās pazemes būvēs, samazinot bīstamu apstākļu risku; |
Katrs no šiem pielietojumiem ievērojami iegūst no TunnelTech vadlāpstiņu uzlabotā dizaina un funkcionalitātes, iezīmējot milzīgu lēcienu efektīvā gaisa plūsmas pārvaldībā. Izvēloties TunnelTech zemas pretestības gaisa plūsmas vadlāpstiņas, klienti var sagaidīt ne tikai savu sistēmas veiktspējas mērķu sasniegšanu, bet arī to pārsniegšanu, vienlaikus
- •samazinot enerģijas patēriņu * līdz pat 30%
- •samazinot troksni * par 60%, salīdzinot ar parastajiem gaisa kanāliem.
* – eksperimentālie rezultāti TT45 PRO vēja tuneļa ģeometrijai.
Lai uzzinātu vairāk par to, kā mūsu vadlāpstiņas var pielāgot specifiskām vajadzībām, lūdzu, sazinieties ar mūsu komandu. Ļaujiet TunnelTech kļūt par jūsu partneri optimālu gaisa plūsmas pārvaldības risinājumu sasniegšanā.
Uzstādīšana un apkope
- •Izmēri un specifikācijas
Pirms uzstādīšanas pārbaudiet kanāla izmērus un vadlāpstiņu specifikācijas
- •Montāžas iespējas
Pieejamas konfigurācijās ar skavām, pieskrūvējamas un piemetināmas
- •Kravas apstrāde
Ievērojiet kravas apstrādes vadlīnijas drošai transportēšanai un pozicionēšanai
- •Soli pa solim uzstādīšana
Detalizētas uzstādīšanas instrukcijas tiek piegādātas kopā ar katru produktu
- •Pārbaužu grafiks
Regulāras vizuālas pārbaudes, lai nodrošinātu lāpstiņu izlīdzinājumu un strukturālo integritāti
- •Tīrīšanas procedūras
Periodiska tīrīšana, lai noņemtu putekļu un netīrumu 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 stūru sekciju mezgliem un vadlāpstiņu parametriem ir pieejama visaptverošā datu lapā TTE-TSA un TTE-TV produktiem. Dokumentācijā ir informācija par dizaina iespējām, lokālajām pretestībām horizontāliem un vertikāliem 90 grādu plūsmas pagrieziena stūriem, kā arī hidrauliskajiem un siltuma pārneses parametriem dzesējamām vadlāpstiņām.
Lejupielādēt TTE-TSA datu lapu (PDF)Atsauces un saistītās publikācijas
Papildu informāciju par rotējošo lāpstiņu dizainu un optimizāciju vēja tuneļiem, rūpnieciskajiem gaisa kanāliem, HVAC kanāliem un gaisa plūsmas pārvaldības iekārtām, ventilatoru taisnotājiem utt. var atrast zemāk esošajās 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. (Angļu tulkojums: 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 (Angļu tulkojums). 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
- Dārsija-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