Technologie Artikel

Luchtkanaalhoeken

Hoogwaardige geleideschoepoplossingen voor windtunnels, HVAC-systemen en industriële toepassingen

Overzicht Principes & Efficiëntie Product Highlights Toepassingen Installatie Documentatie Referenties

Introductie tot Geleideschoepen

Op het gebied van luchtstroombeheer speelt het ontwerp van kanaalhoeken een sleutelrol in de efficiëntie en functionaliteit van ventilatie, HVAC-systemen en windtunnels. Wanneer lucht gedwongen wordt een scherpe bocht te maken, zoals vaak vereist is in kanaalwerk, stuit deze op verhoogde hydraulische weerstand, wat leidt tot hogere drukverliezen en turbulentie. Dit brengt niet alleen de efficiëntie van het systeem in gevaar door meer energie te vragen om de luchtstroom te handhaven, maar heeft ook invloed op de structurele integriteit van het kanaalwerk door de ongelijkmatige druk die wordt uitgeoefend door turbulente stromen.

Dit is waar geleideschoepen, ook bekend als hoekschoepen of keerschoepen, in het spel komen (Fig. 1). Ontworpen om in de hoeken te worden geïnstalleerd, stellen kanaalhoekschoepen de lucht in staat om de bocht te nemen met minimale weerstand, waardoor drukverliezen effectief worden verminderd en turbulentie wordt beperkt zonder de noodzaak voor de extra ruimte die bochten met een ruime straal vereisen. Dit maakt geleideschoepen een ideale oplossing voor het efficiënt beheren van de luchtstroom in een compacte ruimte.

Fig. 1. TunnelTech hoeksectie met geleideschoepen assemblage

Hoogwaardige geleideschoepsecties die concurreren met generieke HVAC-oplossingen.

De traditionele oplossing om de genoemde schadelijke verschijnselen van verhoogde turbulentie, drukverlies en geluid in een scherp gebogen kanaal te overwinnen, is het ontwerpen van radiale kanaalellebogen (Fig. 2 en Fig. 4, geval 2). Deze ellebogen, hoewel effectief in enige beperking van turbulentie, geluid en drukverliezen (die gebruikelijk zijn in een scherpe bocht zoals te zien in Fig. 4, geval 1), hebben hun eigen reeks problemen.

Verschillende traditionele ventilatiekanaalwerken met een bocht gemaakt van vloeiend gebogen plaatmetaal met gebogen stroomgeleiders worden gepresenteerd in Fig. 2 aan de linkerkant. De afbeelding vertegenwoordigt enkele voorbeelden van standaardvarianten die veel worden gebruikt in HVAC-kanalen, bijv. conform DW144-normen voor kanaalwerk.

Dergelijke kanaaloplossingen zijn gebruikelijk en kosteneffectief voor kleine toepassingen in de civiele techniek, kleine bedrijven en HVAC-systemen met laag vermogen waar energiekosten geen significante factor zijn. Dit ontwerp is echter geen goede oplossing voor ventilatie- en koelsystemen op middelgrote en grote schaal en in energieopwekking met hoge capaciteit, metallurgie, turbomachines, warmtewisselaars, restwarmteterugwinning en moderne groene en hernieuwbare energietoepassingen waar hydraulische efficiëntie en energiebesparing een must zijn.

Er is echter geen noodzaak om elke keer een aangepast niet-standaard kanaal te bouwen wanneer het energieverbruik van een hydraulisch netwerk tot in de perfectie moet worden geoptimaliseerd. Dezelfde Figuur 2 aan de rechterkant toont een variant van de diagonale geleideschoepensectie van TunnelTech, die energiezuinig, geluidsarm en turbulentiearm is, terwijl deze voldoet aan de industrienormen voor HVAC-systemen, maar ook kan worden gebruikt in grootschalige en industriële toepassingen met hoog vermogen. Een voorbeeld van een grootschalige faciliteit waar de diagonale geleideschoepensectie eenvoudig kan worden geïntegreerd, wordt getoond in Fig. 3.

Traditionele middelgrote HVAC gladde elleboog met splitterschoep van plaatmetaal, DW144 standaard (links), en hoogwaardige TunnelTech diagonale geleideschoepassemblage voor standaard luchtkanalen (rechts)

Fig. 2. Traditionele middelgrote HVAC gladde elleboog met splitterschoep van plaatmetaal, DW144 standaard (links), en hoogwaardige TunnelTech diagonale geleideschoepassemblage voor standaard luchtkanalen (rechts).

Fig. 3. Grootschalige TunnelTech luchtkanaaldraaisecties voor windtunnels, energieopwekking en industriële toepassingen.

Ontwerp van Geleideschoepen voor Drukverlies, Turbulentie en Geluidsreductie

Voor de vergelijking van verschillende hoekontwerpen worden de drukverliezen (ΔP) en CFD-gesimuleerde stromingspatronen gegeven in Fig. 4 hieronder. De inlaatluchtsnelheid van 20 m/s en een vierkant kanaal van 2×2 m werden gekozen als demonstratievoorbeeld. Het snelheidsbereik van 20 m/s werd gekozen voor demonstratiedoeleinden, aangezien professionele verticale windtunnels voor indoor skydiving meestal werken in modi waarbij de stroomsnelheid in de roterende sectie varieert tussen 10 en 30 m/s. CFD-berekeningen werden uitgevoerd voor 1 standaardatmosfeer bij 20°C en nul luchtvochtigheid met een samendrukbaar gas en een adiabatische wand met een ruwheid van 250 µm. Er werd een mesh van 6 tot 10 miljoen cellen per domein gebruikt. Een vlak inlaatprofiel en 2% turbulentie werden toegepast op de inlaatgrens. Turbulentie werd behandeld met behulp van het k-ε model.

NB! Houd er rekening mee dat de illustraties in Fig. 4 specifieke voorbeelden zijn, uitsluitend gepresenteerd om de werkingsprincipes te illustreren en enkele typen roterende hoeksecties te vergelijken. Deze gevallen kunnen niet worden opgevat als algemeen geldend voor absoluut elk gebruiksgeval. Voor elk reëel ventilatiesysteem of ander hydraulisch netwerk moet rekening worden gehouden met specifieke hydraulische parameters, kanaalgrootte en -vorm, ruwheid en structurele onregelmatigheden, stromingsinhomogeniteiten en exacte fysische gasparameters voor elk rekenpunt. U kunt een dergelijke berekening voor een specifiek systeem bestellen door contact met ons op te nemen.

De volgende ontwerpgevallen worden beschreven:

Hoeksectie zonder geleideschoepen.
Vloeiend gebogen hoeksectie (r = ½ van de kanaalhoogte) met radiaal gebogen stroomgeleiders. Drukverlies hangt ook af van het aantal en de geometrie van de kanaalafstandhouders. Het voorbeeld toont een geminimaliseerd aantal optimaal gevormde luchtstroomverdelers.
Eenvoudige radiaal gebogen dunne platen (10-20mm dik).
Typische niet-geoptimaliseerde geleideschoepen van naaste concurrenten.
TunnelTech's geleideschoepen (TTE-TV) met een geoptimaliseerd profiel.

Het belangrijkste probleem van rond gebogen kanalen met een klein aantal eenvoudige gebogen plaatscheiders (of helemaal zonder geleideschoepen) is het druk- en snelheidsverdelingspatroon bij de uitgang van de draaisectie (Fig. 4, geval 2, zie de uitlaatdwarsdoorsnede). Dit patroon laat zien dat de snelheid toeneemt van de buitenwand naar de binnenwand van elk stroomsubdomein, wat leidt tot niet-uniforme stroming, grote turbulentie en geluid. Hoe kleiner de draaicirkel, hoe groter de kans op loslating van de stroming, vervorming van het druk- en snelheidsveld, geluidsniveau en drukverlieswaarde.

De enige manier om deze problemen te overwinnen is een grote kromtestraal van zo'n hoeksectie en een toename van het aantal luchtstroomgeleideschoepen. Hier komt het tweede probleem: de toegenomen ruimte die nodig is om dergelijke bochten te huisvesten en de materiaalkosten van verschillende radiale luchtkanaalafstandhouders, afgestemd op de dwarsdoorsnede van het kanaal. In grote kanaalsystemen kan het implementeren van bochten met een vloeiende straal leiden tot onredelijk grote constructies, waardoor deze aanpak in veel scenario's onpraktisch is, vooral waar ruimte schaars is. De extra benodigde ruimte wordt weergegeven door de stippellijnen in Fig. 4, geval 2 hieronder. Men moet de hoogte en breedte van elke bocht vergroten met minimaal ½ van de kanaalgrootte. Voor recirculerende windtunnels betekent dit een toename van de gebouwafmetingen met enkele meters in elke richting, wat leidt tot hogere kosten voor het kanaalwerk en hogere kapitaalinvesteringen. Bovendien kost elke stroomverdeler evenveel als de kanaalwand.

Fig. 4. Hoeksecties in een kanaalsysteem - ontwerp- en prestatievergelijking

De optimale oplossing voor windtunnels en industriële ventilatie zijn roterende schoepensecties met een vleugelprofiel dat diagonaal is opgesteld, zoals weergegeven in Figuur 4, gevallen 3-5.

Alle bovenstaande CFD-afbeeldingen komen overeen met de hoeksectie van het luchtkanaal met een inlaat van 2x2m bij een luchtsnelheid van 20 m/s, als voorbeeld, wat het meest relevant is voor toepassingen in indoor skydiving en subsonische windtunnels met lage snelheid.

Figuur 4 geval 3 toont een hoeksectie met eenvoudige geleideschoepen gemaakt van dunne gebogen metalen platen. Fig. 4 geval 4 is het beste voorbeeld van roterende schoepen die beschikbaar zijn bij de naaste concurrenten van TunnelTech. Beide hebben een kleinere koordlengte en een niet-geoptimaliseerde vleugelvorm, wat resulteert in wat lijkt op resterende stromingsonregelmatigheden bij de uitgang van de sectie, grotere aerodynamische weerstand en kanaalgeluid. Dunne schoepen van eenvoudige gebogen metalen platen overschrijden meestal de toegestane geluidsniveaus, zelfs bij lage luchtsnelheid, en een optie met een dik en kort profiel met een lage koorde-tot-dikteverhouding zal ook een kleiner oppervlak hebben, wat ongewenst is in toepassingen waar gekoelde geleideschoepen worden gebruikt voor warmteoverdracht.

In het onderste deel van Figuur 4 geval 5 wordt de luchtkanaalhoek getoond die is uitgerust met hoogwaardige TunnelTech geleideschoepen (voor bestellen zie het volgende p/n: TTE-TV-90). Zoals te zien is in de dwarsdoorsneden, is de stroming uniformer in het geval van correct geprofileerde geleideschoepen, wat leidt tot minder drukverlies en lage turbulentie.

Het druk-/snelheidsprofiel van de lucht aan de uitlaat is ook veel beter voor de hoeksecties van TunnelTech die zijn uitgerust met schoepen met een lange koorde dan in andere gevallen. Dit resulteert in de ongeëvenaarde aerodynamische kwaliteit van TunnelTech, zoals weerspiegeld in talloze beoordelingen door professionele skydivers en andere klanten.

Alle hierboven besproken gegevens, inclusief de koordlengte en koelopties, zijn ook beschikbaar in Tabel 1.

Tabel 1. Vergelijkende parameters voor gevallen 1-5 van Figuur 4.

Geval / Schoeptype	ΔP (Pa) (*)	ξ (*)	Koordlengte (mm)	Koeling
1. Geen schoepen, scherpe bocht	114	0.47	—	Nee
2. Vloeiend gebogen hoeksectie	41	0.17	> 2000	Nee
3. Eenvoudige radiaal gebogen dunne platen	80	0.33	250–500	Nee
4. Geleideschoepen van naaste concurrenten	88	0.37	280	Ja
5. TunnelTech geoptimaliseerde geleideschoepen	57	0.24	500	Ja

De waarden van de hydraulische verliescoëfficiënt voor het snelheidsbereik tot 100 m/s voor de kanaaldraaisectie met TunnelTech- en concurrentenschoepen, zonder variatie door de keuze van initiële gegevens, worden gegeven in Fig. 5.

Meer details over hydraulische verliezen over de kanaallengte, lokale weerstand en totale hydraulische verliescoëfficiënt worden hieronder gegeven.

Vergelijking draaisectie TunnelTech en concurrent. Darcy-Weisbach hydraulische verliescoëfficiënt voor dezelfde geometrie en initiële berekeningscondities.

Fig. 5. Vergelijking draaisectie TunnelTech en concurrent. Darcy-Weisbach hydraulische verliescoëfficiënt voor dezelfde geometrie en initiële berekeningscondities.

Turbulentie Beperken voor Betrouwbare Hydraulische en Structurele Veiligheidsberekeningen

Fig. 6. TunnelTech hoekschoepensectie turbulentieschaal (m) @ 20 m/s

Een soepel en voorspelbaar druk-/snelheidsprofiel is vooral belangrijk voor toepassingen waar hoge turbulentie of loslating van de stroming niet acceptabel zijn, zoals experimentele windtunnels, indoor skydiving-faciliteiten en toepassingen met hoog vermogen. Deze parasitaire verschijnselen, evenals drukpulsaties veroorzaakt door loslating van de stroming en grootschalige turbulentie, zijn ook onacceptabel in installaties die de afwezigheid van akoestisch geïnduceerde trillingen vereisen en waar statische drukafwijkingen niet zijn toegestaan vanwege de structurele stabiliteitseisen van het luchtkanaal. Bovendien zijn deze turbulente stromen een veelvoorkomende bron van geluid, wat verder afbreuk doet aan de algehele prestaties van het systeem en het comfort voor de eindgebruikers.

Er moet ook rekening mee worden gehouden dat stromingsonregelmatigheden de neiging hebben zich verder te ontwikkelen en te versterken als er geen speciale stroomrichters, honingraten, deturbularisatienetwerken of andere apparaten voor luchtstroombeheer worden gebruikt [1-3]. Nauwkeurige gasdynamische analyse vereist het berekenen van de weerstand van elk volgend luchtkanaalelement, rekening houdend met het werkelijke inlaatdruk-/snelheidsprofiel dat wordt gegenereerd in het vorige element van het hydraulische netwerk. Voor lange hydraulische netwerken is het vaak onmogelijk om een CFD-simulatie van het hele systeem uit te voeren vanwege de enorme afmetingen. Voor een dergelijke situatie worden benaderende semi-empirische berekeningen gebruikt met dimensieloze vloeistofgetallen en geometriecriteria [4] of software gebaseerd op dergelijke methoden. Ook wordt FEA-modellering om de structurele stabiliteit van het kanaal te bepalen doorgaans uitgevoerd met een stabiel statisch drukveld toegepast op de kanaalwanden. Ernstige stromingsonregelmatigheden die zich stroomafwaarts ontwikkelen, kunnen dus ook fouten introduceren in veiligheidskritische onderzoeken van dragende constructies.

Benaderende methoden houden meestal geen rekening met de vervorming van het snelheidsprofiel bij de inlaat van het hydraulische netwerkelement, en houden op zijn best rekening met of het profiel ontwikkeld of nog niet ontwikkeld (uniform) is, en de parameters van de grenslaag. In windtunnels en industriële ventilatiesystemen kan elke stroomdraaiing onregelmatigheid en sterke stroomwerveling veroorzaken, wat leidt tot onzekerheid in berekeningen van hydraulische weerstand in lange hydraulische netwerken. Daarom moet men waar mogelijk het ontstaan van grote onregelmatigheden in het snelheidsprofiel vermijden.

In Fig. 6 en uit het bovenstaande blijkt dat de parameters van draaisecties met TunnelTech geleideschoepen zodanig zijn dat ze geen extra stroomverstoringen creëren, maar ook kunnen worden gebruikt om wervelingen en onregelmatigheden stroomafwaarts van de draaisectie te dempen. De roterende sectie met TunnelTech schoepen kan dus ook fungeren als een effectieve stroomrichter, geïnstalleerd na de axiale ventilator, kanaaldiffuser, warmtewisselaar, testsectie, vertakking of aftakking in een kanaal, of elk ander object dat turbulentie genereert.

Lokale Weerstandscoëfficiënt

De lokale weerstandskarakteristieken van een draaihoek kunnen worden berekend met behulp van de bekende Darcy-Weisbach-vergelijking:

ΔP = ξ · ρ · v² / 2

Waarbij:

ΔP – totale drukverliezen (drukval) in Pa;
ξ – lokale weerstandscoëfficiënt (Darcy-Weisbach);
ρ – vloeistofdichtheid (kg/m³);
V – vloeistofsnelheid bij de inlaatdwarsdoorsnede (m/s).

Deze parameters, die de energie-efficiëntie van het luchtkanaal bepalen, zijn sterk afhankelijk van het ontwerp van de geleideschoepen.

Volgens [4] kan de totale weerstand van een complex hydraulisch element worden weergegeven als een som van de lengtewrijvingsweerstand ξ_L en lokale weerstand ξ₀:

ξ_SUM = ξ_L + ξ₀

Voor een rechtlijnig luchtkanaal is de lengteweerstand evenredig met de lengte en omgekeerd evenredig met de hydraulische diameter, wat wordt uitgedrukt door de formule:

ξ_L = (L / D) · f

waarbij f de Darcy-wrijvingsfactor is.

In het geval van eenvoudig gevormde pijpen (bijv. cirkel, vierkant, zeshoekig), kan f worden uitgedrukt door een niet-lineaire afhankelijkheid die alleen gebaseerd is op het Reynoldsgetal – zie Hoofdstuk 2 in [4] of https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation

De wrijvingsfactor f voor een eenvoudige ronde pijp (cirkelvormig kanaal) met gladde wanden, met een ontwikkeld gestabiliseerd stromingsprofiel bij de inlaat en voor een turbulent regime (Reynoldsgetallen Re > 4×10³) kan worden berekend met de formule:

f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²

Voor echte kanalen moet ook rekening worden gehouden met ruwheid.

Fig. 7 hieronder toont een grafiek van de Darcy-wrijvingsfactor versus Reynoldsgetal Re voor verschillende relatieve wandruwheden, voor het eerst gepubliceerd door Nikuradze in [5-8]. Deze grafiek staat ook bekend als het Moody-diagram [9] of Colebrook-White correlatie [10-11]. Moderne studies voor gladde pijpen zijn te vinden in [12].

Dit diagram toont de complexe afhankelijkheid van f(Re) voor een ronde pijp met verschillende ruwheid. Voor vierkante en andere niet-cirkelvormige pijpen zal het diagram gecompliceerder zijn. Er moet dus rekening worden gehouden met stromingsregimes (Reynoldsgetal), de kanaalvorm en relatieve wandruwheid.

Moody's (ook wel Nikuradze) diagram, dat de Darcy-Weissbach wrijvingsfactor fD uitzet tegen het Reynoldsgetal Re voor verschillende relatieve ruwheden

Fig. 7. Moody's (ook wel Nikuradze) diagram, dat de Darcy-Weissbach wrijvingsfactor f_D uitzet tegen het Reynoldsgetal Re voor verschillende relatieve ruwheden – Origineel diagram: S Beck en R Collins, University of Sheffield, Gedeeld onder CC BY-SA 4.0, wikimedia.org

In het geval van echte ruwe kanalen is het nog steeds mogelijk om de totale weerstand weer te geven als een som ξ_SUM = ξ_L + ξ₀ van de lengteweerstand en de lokale weerstand.

Deze weergave van de som vereenvoudigt de studie van kanaalparameters, aangezien de lokale weerstand ξ₀ kan worden berekend voor een vereenvoudigde elementgeometrie – bijvoorbeeld in een periodieke formulering van het probleem met een kleiner rekendomein of in een 2D-versie van het probleem. Let op de enorme omvang van het rekendomein van de voorbeelden in Fig. 4, waar de sectie een hoogte van 3 en een lengte van 18 meter heeft, en gridconvergentie adequaat begint te verschijnen bij een grootte van meer dan 10 miljoen mesh-elementen. Een variant van de probleemformulering met periodieke of 2D-condities voor deze gevallen zou een orde van grootte kleiner aantal mesh-elementen kunnen hebben, en de vereenvoudigde berekening van elk snelheidspunt voor de ΔP(v) grafiek zou slechts enkele minuten of zelfs seconden duren in plaats van uren.

Dus, opdeling in de som van twee weerstanden kan berekeningen aanzienlijk vereenvoudigen – men kan snel de lokale weerstand ξ₀ bepalen en vervolgens kan de lengteweerstand ξ_L worden toegevoegd. Deze laatste kan snel worden geschat uit bekende tabellen of door benaderende formules met behulp van vereenvoudigde vergelijkingen op basis van dimensieloze getallen en parameters van de luchtkanaalgeometrie. Voor hydraulische en kanaalnetwerkelementen met abrupte veranderingen in de stroomrichting (gehoekte ellebogen, vloeiende bochten, bochten onder verschillende hoeken met en zonder geleideschoepen), wordt een vergelijkbare aanpak en methode gepresenteerd in Hoofdstukken 6-1 en 6-2 in het uitgebreide Handbook of hydraulic resistance [4].

Product Highlights

De luchtstroomgeleideschoepen van TunnelTech (TTE-TV product) lopen voorop in deze technologie en bieden ongeëvenaarde efficiëntie in luchtstroombeheer. Onze producten zijn ontworpen voor een breed scala aan toepassingen, van indoor skydiving-faciliteiten en windtunnels tot HVAC- en ventilatiesystemen, en belichamen het neusje van de zalm op het gebied van aerodynamisch ontwerp en energie-efficiëntie.

Prestaties van Geleideschoepensectie in Luchtkanalen

De hoogwaardige luchtstroomgeleideschoepen van TunnelTech zetten de industriestandaard voor vermogen en aerodynamische efficiëntie. Onze energiebesparende geleideschoepen zijn ontworpen om aerodynamische wrijving te minimaliseren, wat zorgt voor een soepele luchtstroom en een lager energieverbruik.

De geleideschoepen van TunnelTech hebben uitstekende lokale weerstandskarakteristieken voor luchtkanalen. Weerstandsparameters, berekend met behulp van de Darcy-Weisbach-vergelijking, zoals hierboven beschreven, worden gepresenteerd in de volgende figuren (zie Fig. 8 hieronder) en in de Turning Vane Datasheet.

In het algemeen worden voor het geval waarin de kanaalgrootte onbekend is, waarden gegeven voor een geïdealiseerd element met periodieke laterale randvoorwaarden, zonder rekening te houden met de bijdrage van extra wandweerstand over de lengte, ruwheid en de invloed van andere lokale parameters. In Fig. 8 worden de waarden gegeven voor een geïdealiseerd roterend hoekelement met TunnelTech schoepen, dat werd berekend in de oneindige periodieke reeksbenadering van 15 bladen met periodieke randvoorwaarden.

Fig. 8. TunnelTech geleideschoep lokale weerstandscoëfficiënt en bijbehorend drukverlies.

Als het HVAC- of ander hydraulisch systeem bestaat uit kanalen die de dwarsdoorsnedevorm van het stroomgebied langs het stroompad over het algemeen niet veranderen, is het handig om de weerstand per lengte-eenheid te schatten voor benaderende berekeningen (uiteraard te schatten voor het gehele snelheidsbereik):

K_L = ξ_L / L = f / D_h

waarbij D_h een hydraulische kanaaldiameter is. De waarde van K_L is eenvoudig te bepalen uit naslagwerken, zoals hierboven besproken. Door dit te vermenigvuldigen met de lengte en lokale weerstandswaarden ξ₀ toe te voegen die zijn verkregen uit datasheets of onafhankelijk zijn berekend, is het mogelijk om snel het totale drukverlies in het systeem te schatten.

ξ_SUM = K_L · L + ξ₀

De bovenstaande illustratieve voorbeelden getoond in Fig. 4 van een vierkant kanaal van 2×2 meter met de gasparameters en ruwheid die in de berekening zijn gebruikt, hebben een weerstand per lengte-eenheid in de orde van KL = ξL / L ~ 2,1 Pa. Deze waarde geldt bij het evalueren van een vierkant kanaal zonder rekening te houden met bochten, schoepen of andere interne apparatuur. Voor een volledige lengte van 21 meter die de luchtmassa langs het kanaal aflegt, geeft dit een drukverlies van ~44 Pascal. Als we hier de waarde aan toevoegen die wordt getoond in Fig. 8 (11 Pa voor een snelheid van 20 m/s genomen volgens de Turning Vane Datasheet (Tabel A.2.1)), geeft dit een totale weerstand van 55 Pa voor een echte vierkante kanaalsectie van 2×2 met roterende schoepen erin. Deze waarde komt goed overeen met de waarde getoond in Fig. 4, geval 5.

Meer informatie over benaderende manieren om kanaalweerstanden van elke vorm te berekenen zonder CFD-methoden te gebruiken, is eenvoudig te vinden in <a href="#references">[4]</a> of vergelijkbare literatuur.

NB! Houd er rekening mee dat de voorbeelden in Fig. 4 slechts een speciaal geval zijn om de werking van de roterende schoepen te demonstreren en niet kunnen worden gebruikt om een willekeurig kanaal te evalueren! Figuur 8 is toepasbaar in een bredere context, echter moeten de specifieke parameters van het kanaal van de klant in overweging worden genomen. Elk specifiek systeem heeft een gedetailleerde analyse nodig, die u bij TunnelTech kunt bestellen. Voor een nauwkeurige berekening van de hydraulische weerstand van het kanaal en een deskundige beoordeling van het energieverbruik van uw ventilatie- of windtunnelapparatuur, neem a.u.b. contact met ons op.

Aanvullende informatie over diensten en R&D is ook te vinden op de Technologie pagina en in de Diensten sectie.

Geleideschoep voor Industriële Koeling en Verwarming

Uniek onder geleideschoepen voor industriële luchtkanalen, bieden onze producten de mogelijkheid om koelvloeistof met een hoog debiet te circuleren, wat efficiënte koeling of verwarming van de lucht mogelijk maakt terwijl deze door het kanaal stroomt. Deze functie opent nieuwe mogelijkheden in thermische regulering voor het gebruik van schoepen voor binnenklimaatbeheersing en warmtewisselaars met lage weerstand geïntegreerd in luchtkanalen, waardoor onze klanten veelzijdige oplossingen krijgen voor hun luchtstroombehoeften.

Geëvalueerd met behulp van de HTC_L (Heat Transfer Coefficient per Linear meter) berekeningsmethode, die de warmtestroom (in Watt) per meter geleideschoeplengte kwantificeert voor elke Kelvin logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil (ΔT_LMTD) tussen de buitenlucht en de koelvloeistof in de hoekschoep, zijn onze geleideschoepen ontworpen voor effectieve warmteafvoer onder verschillende luchtstroomomstandigheden, wat stabiele prestaties en temperatuurregeling garandeert.

Warmteoverdrachtscoëfficiëntparameters voor de watergekoelde geleideschoepen worden gepresenteerd in Fig. 9, zowel voor natte als voor droge lucht, waarbij ΔP [kPa] het waterdrukverschil vertegenwoordigt tussen de inlaat- en uitlaatpoorten van de schoep (blauw en rood in Fig. 10).

Fig. 10. Koelkanalen van geleideschoep

Fig. 9. HTC_L-coëfficiënt. Droge (RH=0%) en vochtige lucht (RH=90% bij 30 °C) bij verschillend koelvloeistofdrukverschil (water) tussen inlaat- en uitlaatpoorten van het koelkanaal.

Geleideschoepen voor Restwarmteterugwinning

Gekoelde geleideschoepen met geïntegreerde warmtewisselingskanalen bieden een veelzijdige oplossing voor restwarmteterugwinning in een verscheidenheid aan toepassingen. Wanneer ze worden geïntegreerd in warmtewisselingssystemen, kunnen deze schoepen overtollige thermische energie opvangen die anders verloren zou gaan, en deze overdragen aan warmteterugwinningssystemen, waardoor de algehele systeemefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.

In praktische toepassingen kan deze technologie op meerdere gebieden worden gebruikt. In industriële processen kunnen gekoelde geleideschoepen bijvoorbeeld restwarmte uit uitlaatgassen terugwinnen en deze omleiden om inkomende vloeistoffen of lucht voor te verwarmen, waardoor het energieverbruik wordt verminderd. In HVAC-systemen worden vergelijkbare principes toegepast via apparaten zoals warmteterugwinningsventilatoren (HRV's) en energieterugwinningsventilatoren (ERV's), die warmte overdragen tussen uitlaat- en inkomende luchtstromen. Dit proces minimaliseert de energie die nodig is om inkomende lucht te verwarmen of te koelen, wat leidt tot aanzienlijke energiebesparingen.

Daarnaast kunnen gekoelde geleideschoepen worden geïntegreerd in systemen die worden gebruikt in de energieopwekking en hernieuwbare energiesectoren. Bijvoorbeeld, in warmte-krachtkoppelingssystemen (WKK) wordt restwarmte van elektriciteitsopwekking teruggewonnen en gebruikt voor verwarmingsdoeleinden, wat de algehele efficiëntie van het systeem verbetert. In geothermische energiesystemen kunnen deze schoepen helpen de thermische energie te beheren die uit de aarde wordt gewonnen, waardoor de warmteoverdrachtsprocessen worden geoptimaliseerd.

In initiatieven voor groene en hernieuwbare energie speelt restwarmteterugwinning een cruciale rol bij het verminderen van de ecologische voetafdruk en het verbeteren van de duurzaamheid van energiesystemen. Deze aanpak sluit aan bij lean manufacturing-principes door de efficiëntie van hulpbronnen te verbeteren en operationele kosten te verlagen door effectief warmtebeheer. Bovendien toont het integreren van dergelijke technologieën in ESG-projecten een toewijding aan het minimaliseren van de milieu-impact en het optimaliseren van het gebruik van hulpbronnen, in lijn met bredere duurzaamheidsdoelen.

Warmteterugwinning – Gerelateerde Projecten

TunnelTech heeft uitgebreide ervaring met het implementeren van projecten met warmtewisseling en HVAC-systemen die zijn ontworpen voor restwarmteterugwinning met behulp van gekoelde geleideschoepen. Door deze schoepen te integreren in warmtewisselingsopstellingen, ontworpen om thermische energie op te vangen en opnieuw te gebruiken die anders verloren zou gaan, maakt TunnelTech effectievere terugwinning van restwarmte mogelijk uit verschillende industriële en commerciële processen. Deze aanpak verbetert niet alleen de energie-efficiëntie, maar ondersteunt ook duurzaamheidsdoelen door het energieverbruik en de operationele kosten te verlagen.

Toepassingen

Onze geleideschoepen bedienen een breed scala aan industrieën en toepassingen

HVAC-systemen

Commerciële gebouwen	Optimalisatie van kanalen; Energie-efficiëntie; Verlaging van operationele kosten; Verbetering van gezondheid en veiligheid door efficiënt beheer van luchtkwaliteit en temperatuur;
Residentiële complexen	Zorg voor comfortabele leefomgevingen met optimale luchtkwaliteit en stroming; Verbetering van gezondheid en veiligheid;
Datacenters	Geleideschoepen voor thermisch beheer handhaven kritieke temperatuur- en vochtigheidsniveaus voor serverprestaties en levensduur;

Ventilatiesystemen voor de civiele techniek

Ziekenhuizen en zorginstellingen	Stille geleideschoepen zorgen voor essentiële luchtkwaliteitsbeheersing om patiënten en personeel te beschermen; Verbetering van gezondheid en veiligheid door efficiënt beheer van luchtkwaliteit en temperatuur
Onderwijsinstellingen	Creëer een leeromgeving die prestaties bevordert door verbeterde luchtcirculatie

Omgevingsbeheersing

Elektronica, Biotech, Food-tech en andere hightechfaciliteiten / Cleanrooms	Reguleer temperatuur en vochtigheid voor hightech en veeleisende productie; Airconditioning-geleideschoepen handhaven strenge luchtstroomnormen voor productie en onderzoek
Sportarena's	Zorg voor comfort en veiligheid voor zowel atleten als toeschouwers

Industriële en gespecialiseerde toepassingen

Tunnelbouw en onderhoud	Verbeter de luchtkwaliteit en veiligheid voor werknemers in tunnelomgevingen;
Industriële faciliteiten	Optimalisatie van kanalen; Energie-efficiëntie; Duurzame ontwikkeling; Verlaging van operationele kosten;
Gieterijen en zware industriefaciliteiten	Energie-efficiëntie; Verlaging van operationele kosten; Terugwinning van restwarmte; Decarbonisatie en ESG; Heavy-duty HVAC-luchtkanalen; Thermisch beheer;
Maritieme techniek	Verbeter ventilatiesystemen op schepen en onderzeeërs voor comfort van de bemanning en betrouwbaarheid van apparatuur;
Mijnbouw en ondergrondse constructie	Bied cruciale ventilatie aan mijnbouwlocaties en andere ondergrondse constructies om het risico op gevaarlijke omstandigheden te verminderen;

Elk van deze toepassingen profiteert aanzienlijk van het geavanceerde ontwerp en de functionaliteit van de geleideschoepen van TunnelTech, wat een sprong voorwaarts betekent in efficiënt luchtstroombeheer. By te kiezen voor de luchtgeleideschoepen met lage weerstand van TunnelTech, kunnen klanten verwachten dat ze hun systeemprestatiedoelen niet alleen halen maar overtreffen, terwijl ze tegelijkertijd

•vermindering van energieverbruik * tot wel 30%
•vermindering van geluid * met 60%, vergeleken met conventionele luchtkanalen.

* – experimentele resultaten voor de TT45Pro windtunnelgeometrie.

Voor vragen en meer details over hoe onze geleideschoepen op maat gemaakt kunnen worden voor specifieke behoeften, neem contact op met ons team. Laat TunnelTech uw partner zijn in het bereiken van optimale oplossingen voor luchtstroombeheer.

Installatie & Onderhoud

Installatiehandleiding

•
Afmetingen en Specificaties
Verifieer kanaalafmetingen en specificaties van geleideschoepen vóór installatie
•
Montageopties
Beschikbaar in klem-, bout- en lasverbindingen
•
Hanteren van Lasten
Volg de richtlijnen voor het hanteren van lasten voor veilig transport en positionering
•
Stapsgewijze Installatie
Gedetailleerde installatie-instructies meegeleverd bij elke productlevering

Onderhoudstips

•
Inspectieschema
Regelmatige visuele inspecties om de uitlijning van de schoepen en de structurele integriteit te waarborgen
•
Reinigingsprocedures
Periodieke reiniging om stof en vuilophoping op schoepoppervlakken te verwijderen
•
Monitoring van Slijtage
Monitor op tekenen van corrosie, erosie of mechanische schade
•
Gids voor Probleemoplossing
Pak veelvoorkomende problemen aan zoals trillingen, geluid of verminderde luchtstroomefficiëntie

Documentatie

TTE-TSA Product Datasheet

Technische informatie over TunnelTech windtunnelhoeksecties en parameters van geleideschoepen is beschikbaar in een uitgebreid datasheet voor TTE-TSA en TTE-TV producten. De documentatie bevat informatie over ontwerpopties, lokale weerstanden voor horizontale en verticale 90-graden stromingsbochten, evenals hydraulische en warmteoverdrachtsparameters voor gekoelde geleideschoepen.

Download TTE-TSA Datasheet (PDF)

Referenties en Gerelateerde Publicaties

Aanvullende informatie over het ontwerp en de optimalisatie van roterende bladen voor windtunnels, industriële kanaalwerken, HVAC-kanalen en apparatuur voor luchtstroombeheer, ventilatorstroomrichters enz. is te vinden via de onderstaande links:

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.

Zie ook:

Moody-diagram: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Wrijvingsfactor: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
Wrijvingsverlies: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss