Rohové sekcie vzduchovodov
Vysokovýkonné riešenia vodiacich lopatiek pre veterné tunely, HVAC systémy a priemyselné aplikácie
Úvod do vodiacich lopatiek
V oblasti riadenia prúdenia vzduchu zohráva dizajn rohov potrubia kľúčovú úlohu v účinnosti a funkčnosti ventilácie, HVAC systémov a veterných tunelov. Keď je vzduch nútený urobiť ostrú zákrutu, ako sa často vyžaduje v potrubných rozvodoch, stretáva sa so zvýšeným hydraulickým odporom, čo vedie k vyšším tlakovým stratám a turbulencii. To nielen ohrozuje účinnosť systému tým, že vyžaduje viac energie na udržanie prúdenia vzduchu, ale ovplyvňuje aj štrukturálnu integritu potrubia v dôsledku nerovnomerných tlakov vyvíjaných turbulentnými prúdmi.
Tu prichádzajú na rad vodiace lopatky, známe aj ako rohové lopatky alebo usmerňovacie lopatky (Obr. 1). Navrhnuté na inštaláciu v rohoch, rohové lopatky potrubia umožňujú vzduchu prechádzať zákrutou s minimálnym odporom, čím účinne znižujú tlakové straty a zmierňujú turbulenciu bez potreby dodatočného priestoru, ktorý vyžadujú ohyby s plynulým polomerom. To robí z vodiacich lopatiek ideálne riešenie pre efektívne riadenie prúdenia vzduchu v kompaktnom priestore.
Obr. 1. Zostava rohovej sekcie s vodiacimi lopatkami Tunnel Tech
Vysokovýkonné sekcie vodiacich lopatiek konkurujúce generickým HVAC riešeniam.
Tradičným riešením na prekonanie spomínaných škodlivých javov zvýšenej turbulencie, tlakovej straty a hluku v strmo zakrivenom potrubí je návrh radiálnych kolien potrubia (Obr. 2 a Obr. 4, prípad 2). Tieto kolená, hoci sú účinné pri určitom zmiernení turbulencie, hluku a tlakových strát (ktoré sú bežné v ostrom ohybe, ako vidno na Obr. 4, prípad 1), majú svoj vlastný súbor problémov.
Niekoľko tradičných ventilačných potrubných systémov s ohybom vyrobeným z plynule zakriveného plechu s ohnutými usmerňovačmi toku je prezentovaných na Obr. 2 vľavo. Obrázok predstavuje niekoľko príkladov štandardných variantov bežne používaných v HVAC potrubiach, napr. v súlade s normami pre potrubné rozvody DW144.
Takéto potrubné riešenia sú bežné a nákladovo efektívne pre malé aplikácie v stavebnom inžinierstve, malých podnikoch a nízkovýkonných HVAC systémoch, kde náklady na energiu nie sú významným faktorom. Tento dizajn však nie je dobrým riešením pre ventilačné a chladiace systémy v strednom a veľkom meradle a vysokokapacitnej výrobe energie, metalurgii, turbostrojoch, výmenníkoch tepla, rekuperácii odpadového tepla a moderných aplikáciách zelenej a obnoviteľnej energie, kde sú hydraulická účinnosť a úspory energie nevyhnutnosťou.
Nie je však potrebné zakaždým stavať vlastné neštandardné potrubie, keď je potrebné optimalizovať spotrebu energie hydraulickej siete k dokonalosti. Ten istý Obrázok 2 vpravo ukazuje variant diagonálnej sekcie vodiacich lopatiek Tunnel Tech, ktorá je energeticky účinná, má nízky hluk a nízku turbulenciu, pričom spĺňa priemyselné štandardy pre HVAC systémy, ale môže sa použiť aj vo veľkorozmerných a vysokovýkonných priemyselných prípadoch. Príklad veľkorozmerného zariadenia, kde možno diagonálnu sekciu vodiacich lopatiek ľahko integrovať, je zobrazený na Obr. 3.
Obr. 2. Tradičné stredne veľké HVAC hladké koleno s deliacou priečkou z plechu, štandard DW144 (vľavo) a vysokovýkonná diagonálna zostava vodiacich lopatiek Tunnel Tech pre štandardné vzduchovody (vpravo).
Obr. 3. Veľkorozmerné otočné sekcie vzduchovodov Tunnel Tech pre veterné tunely, výrobu energie a priemyselné aplikácie.
Návrh vodiacich lopatiek pre pokles tlaku, turbulenciu a zníženie hluku
Na porovnanie rôznych návrhov rohových sekcií sú tlakové straty (ΔP) a CFD simulované vzory prúdenia uvedené na Obr. 4 nižšie. Ako demonštračný príklad bola zvolená vstupná rýchlosť prúdenia vzduchu 20 m/s a štvorcový vzduchovod 2×2 m. Rozsah rýchlosti 20 m/s bol zvolený na demonštračné účely, keďže bežne vertikálne veterné tunely profesionálnej triedy pre indoor skydiving pracujú väčšinu času v režimoch, kedy sa rýchlosť prúdenia v rotačnej sekcii pohybuje medzi 10 a 30 m/s. CFD výpočty boli vykonané pre 1 štandardnú atmosféru pri 20 °C a nulovej vlhkosti vzduchu so stlačiteľným plynom a adiabatickou stenou s drsnosťou 250 µm. Bola použitá sieť 6 až 10 miliónov buniek na doménu. Na vstupnej hranici bol aplikovaný plochý vstupný profil a 2 % turbulencia. Turbulencia bola riešená pomocou modelu k-ε.
NB! Upozorňujeme, že ilustrácie zobrazené na Obr. 4 sú konkrétne príklady, prezentované výlučne na účely ilustrácie princípov fungovania a porovnania niekoľkých typov otočných rohových sekcií. Tieto prípady nemožno považovať za všeobecné pre úplne každý prípad použitia. Pre každý reálny ventilačný systém alebo inú hydraulickú sieť sa musia pre každý výpočtový bod brať do úvahy špecifické hydraulické parametre, veľkosť a tvar potrubia, drsnosť a konštrukčné nepravidelnosti, nehomogenity prúdenia a presné fyzikálne parametre plynu. Takýto výpočet pre konkrétny systém si môžete objednať kontaktovaním nás.
Sú popísané nasledujúce konštrukčné prípady:
- Rohová sekcia bez vodiacich lopatiek.
- Plynule zakrivená rohová sekcia (r = ½ výšky potrubia) s radiálne ohnutými usmerňovačmi toku. Tlaková strata závisí aj od počtu a geometrie rozperiek potrubia. Je zobrazený príklad s minimalizovaným počtom optimálne tvarovaných deliacich priečok prúdenia vzduchu.
- Jednoduché radiálne zakrivené tenké dosky (hrúbka 10-20 mm).
- Typické neoptimalizované vodiace lopatky najbližších konkurentov.
- Vodiace lopatky Tunnel Tech (TTE-TV) s optimalizovaným profilom.
Najvýznamnejším problémom oblúkovo zakrivených potrubí s malým počtom jednoduchých ohýbaných doskových separátorov (alebo úplne bez vodiacich lopatiek) je rozloženie tlaku a rýchlosti na výstupe z otočnej sekcie (Obr. 4, prípad 2, pozri výstupný prierez). Tento vzor ukazuje, že rýchlosť sa bude zvyšovať od vonkajšej steny k vnútornej stene každej poddomény prúdenia, čo vedie k nerovnomernému prúdeniu, veľkej turbulencii a hluku. Čím menší je polomer otáčania, tým väčšia je možnosť odtrhnutia prúdu, skreslenia poľa tlaku a rýchlosti, hladiny hluku a hodnoty tlakovej straty.
Jediným spôsobom, ako prekonať tieto problémy, je veľký polomer zakrivenia takejto rohovej sekcie a zvýšenie počtu vodiacich lopatiek prúdenia vzduchu. Tu prichádza druhý problém – zväčšený priestor potrebný na umiestnenie takýchto ohybov a materiálové náklady na niekoľko radiálnych rozperiek vzduchovodu, dimenzovaných na prierez potrubia. Vo veľkých potrubných systémoch môže implementácia ohybov s plynulým polomerom viesť k neprimerane veľkým konštrukciám, čo robí tento prístup nepraktickým v mnohých scenároch, najmä tam, kde je priestor vzácny. Dodatočný potrebný priestor je znázornený prerušovanými čiarami na Obr. 4, prípad 2 nižšie. Je potrebné zväčšiť výšku a šírku každého ohybu minimálne o ½ veľkosti potrubia. Pre recirkulačné veterné tunely to znamená zväčšenie rozmerov budovy o niekoľko metrov v každom smere, čo vedie k vyšším nákladom na potrubné rozvody a vyšším kapitálovým investíciám. Okrem toho bude každý rozdeľovač prúdenia stáť rovnako ako stena potrubia.
Obr. 4. Rohové sekcie v potrubnom rozvode - porovnanie dizajnu a výkonu
Optimálnym riešením pre veterné tunely a priemyselnú ventiláciu sú otočné sekcie s vodiacimi lopatkami s krídlovým profilom usporiadaným pozdĺž uhlopriečky, ako je znázornené na Obrázku 4, prípady 3-5.
Všetky vyššie uvedené CFD obrázky zodpovedajú rohovej sekcii vzduchovodu so vstupom 2x2 m pri rýchlosti prúdenia vzduchu 20 m/s, ako príklad najrelevantnejší pre prípady použitia v indoor skydivingu a nízkorychlostných podzvukových veterných tuneloch.
Obrázok 4 prípad 3 ukazuje rohovú sekciu s jednoduchými vodiacimi lopatkami vyrobenými z tenkých ohýbaných plechov. Obr. 4 prípad 4 je najlepším príkladom vodiacich lopatiek dostupných od najbližších konkurentov TunnelTech. Oba majú menšiu dĺžku tetivy a neoptimalizovaný tvar profilu, čo vedie k tomu, čo sa javí ako zvyšková nerovnomernosť prúdenia na výstupe zo sekcie, väčší aerodynamický odpor a hluk vzduchovodu. Tenké lopatky z jednoduchých ohýbaných plechov zvyčajne prekračujú prípustné hladiny hluku aj pri nízkej rýchlosti vzduchu a variant s hrubým a krátkym profilom s nízkym pomerom tetivy k hrúbke bude mať tiež menšiu povrchovú plochu, čo je nežiaduce v aplikáciách, kde sa používajú chladené vodiace lopatky na prenos tepla.
V dolnej časti Obrázku 4 prípad 5 je zobrazený roh vzduchovodu vybavený vysokovýkonnými vodiacimi lopatkami Tunnel Tech (pre objednanie pozrite nasledujúce p/n: TTE-TV-90). Ako vidno z prierezov, prúdenie je rovnomernejšie v prípade správne profilovaných vodiacich lopatiek, čo vedie k menšej tlakovej strate a nízkej turbulencii.
Profil tlaku/rýchlosti vzduchu na výstupe je tiež oveľa lepší pre rohové sekcie Tunnel Tech vybavené lopatkami s dlhou tetivou ako v iných prípadoch. Výsledkom je bezkonkurenčná aerodynamická kvalita Tunnel Tech, čo sa odráža v mnohých recenziách od profesionálnych skydiverov a iných zákazníkov.
Všetky vyššie diskutované údaje, vrátane dĺžky tetivy a možností chladenia, sú k dispozícii aj v <strong>Tabuľke 1</strong>.
| Prípad / Typ lopatky | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Dĺžka tetivy (mm) | Chladenie |
|---|---|---|---|---|
| 1. Žiadne lopatky, ostrý ohyb | 114 | 0.47 | — | Nie |
| 2. Plynule zakrivená rohová sekcia | 41 | 0.17 | > 2000 | Nie |
| 3. Jednoduché radiálne zakrivené tenké dosky | 80 | 0.33 | 250–500 | Nie |
| 4. Vodiace lopatky najbližších konkurentov | 88 | 0.37 | 280 | Áno |
| 5. Optimalizované vodiace lopatky Tunnel Tech | 57 | 0.24 | 500 | Áno |
Hodnoty súčiniteľa hydraulickej straty pre rozsah rýchlostí do 100 m/s pre otočnú sekciu potrubia s lopatkami TunnelTech a konkurencie, bez variácií spôsobených výberom počiatočných údajov, sú uvedené na Obr. 5.
Viac podrobností o hydraulických stratách pozdĺž dĺžky potrubia, miestnom odpore a celkovom súčiniteli hydraulickej straty je uvedených nižšie.
Obr. 5. Porovnanie otočnej sekcie Tunnel Tech a konkurencie. Darcy-Weisbachov súčiniteľ hydraulickej straty pre rovnakú geometriu a počiatočné podmienky výpočtu.
Zmierňovanie turbulencie pre spoľahlivé výpočty hydraulickej a konštrukčnej bezpečnosti
Obr. 6. Mierka turbulencie rohovej sekcie s lopatkami Tunnel Tech (m) pri 20 m/s
Hladký a predvídateľný profil tlaku/rýchlosti je obzvlášť dôležitý pre aplikácie, kde nie je prijateľná vysoká turbulencia alebo odtrhnutie prúdu, ako sú experimentálne veterné tunely, zariadenia pre indoor skydiving a vysokovýkonné aplikácie. Tieto parazitné javy, ako aj pulzácie tlaku spôsobené odtrhnutím prúdu a veľkorozmernou turbulenciou, sú tiež neprijateľné v inštaláciách, ktoré vyžadujú absenciu akusticky indukovaných vibrácií a kde nie sú povolené žiadne odchýlky statického tlaku z dôvodu požiadaviek na štrukturálnu stabilitu vzduchovodu. Okrem toho sú tieto turbulentné prúdenia bežným zdrojom hluku, čo ďalej znižuje celkový výkon systému a komfort poskytovaný koncovým používateľom.
Treba tiež vziať do úvahy, že nepravidelnosti prúdenia majú tendenciu sa ďalej rozvíjať a zosilňovať, ak sa nepoužijú špeciálne usmerňovače, voštiny, deturbulizačné siete alebo iné zariadenia na riadenie prúdenia vzduchu [1-3]. Presná dynamická analýza plynov vyžaduje výpočet odporu každého nasledujúceho prvku vzduchovodu s prihliadnutím na skutočný profil vstupného tlaku/rýchlosti, ktorý sa generuje v predchádzajúcom prvku hydraulickej siete. Pre dlhé hydraulické siete je často nemožné vykonať CFD simuláciu celého systému kvôli obrovským rozmerom. Pre takúto situáciu sa používajú približné semi-empirické výpočty zahŕňajúce bezrozmerné čísla tekutín a geometrické kritériá [4] alebo softvér založený na takýchto metódach. Taktiež FEA modelovanie na určenie štrukturálnej stability potrubia sa zvyčajne vykonáva so stabilným poľom statického tlaku aplikovaným na steny potrubia. Závažné nepravidelnosti prúdenia rozvíjajúce sa v smere toku tak môžu vniesť chybu aj do bezpečnostne kritických skúmaní nosných konštrukcií.
Približné metódy sa zvyčajne nezaoberajú skreslením rýchlostného profilu na vstupe do prvku hydraulickej siete a v najlepšom prípade berú do úvahy, či je profil vyvinutý alebo ešte nevyvinutý (rovnomerný), a parametre medznej vrstvy. Vo veterných tuneloch a priemyselných ventilačných systémoch môže každé otočenie prúdenia spôsobiť nerovnomernosť a silné vírenie prúdu, čo vedie k neistote pri výpočtoch hydraulického odporu v dlhých hydraulických sieťach. Preto by sa malo, pokiaľ je to možné, zabrániť vzniku veľkých nepravidelností rýchlostného profilu.
Na Obr. 6 a z vyššie uvedeného je vidieť, že parametre otočných sekcií s vodiacimi lopatkami TunnelTech sú také, že nevytvárajú dodatočné poruchy prúdenia, ale môžu sa použiť aj na tlmenie vírov a nerovnomerností za otočnou sekciou. Rotačná sekcia s lopatkami TunnelTech tak môže pôsobiť aj ako účinný usmerňovač toku, ak je inštalovaná za axiálnym ventilátorom, difúzorom potrubia, výmenníkom tepla, testovacou sekciou, rozvetvením alebo odbočkou do potrubia, alebo akýmkoľvek iným objektom generujúcim turbulenciu.
Súčiniteľ miestneho odporu
Charakteristiky miestneho odporu rohového ohybu možno vypočítať pomocou známej Darcy-Weisbachovej rovnice:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kde:
- ΔP – celkové tlakové straty (pokles tlaku) v Pa;
- ξ – súčiniteľ miestneho odporu (Darcy-Weisbach);
- ρ – hustota tekutiny (kg/m³);
- V – rýchlosť tekutiny vo vstupnom priereze (m/s).
Tieto parametre, ktoré určujú energetickú účinnosť vzduchovodu, sú vysoko závislé od dizajnu vodiacich lopatiek.
Podľa [4] možno celkový odpor komplexného hydraulického prvku reprezentovať ako súčet trecieho odporu dĺžky ξL a miestneho odporu ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
Pre priamy vzduchovod je dĺžkový odpor úmerný dĺžke a nepriamo úmerný hydraulickému priemeru, čo je vyjadrené vzorcom:
ξL = (L / D) · f
kde f je Darcyho súčiniteľ trenia.
V prípade jednoducho tvarovaných potrubí (t. j. kruh, štvorec, šesťuholník) môže byť f vyjadrené nelineárnou závislosťou iba od Reynoldsovho čísla – pozri Kapitolu 2 v [4] alebo https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Súčiniteľ trenia f pre jednoduché kruhové potrubie (kruhový vzduchovod) s hladkými stenami, s vyvinutým stabilizovaným profilom prúdenia na vstupe a pre turbulentný režim (Reynoldsove čísla Re > 4×103) možno vypočítať podľa vzorca:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Pre reálne potrubia sa musí brať do úvahy aj drsnosť.
Obr. 7 nižšie zobrazuje graf Darcyho súčiniteľa trenia v závislosti od Reynoldsovho čísla Re pre rôzne relatívne drsnosti steny, prvýkrát publikovaný Nikuradzem v [5-8]. Tento graf je známy aj ako Moodyho diagram [9] alebo Colebrook-Whiteova korelácia [10-11]. Modernú štúdiu pre hladké potrubia možno nájsť v [12].
Tento diagram ukazuje komplexnú závislosť f(Re) pre kruhové potrubie s rôznou drsnosťou. Pre štvorcové a iné nekruhové potrubia bude diagram zložitejší. Preto sa musia brať do úvahy režimy prúdenia (Reynoldsovo číslo), tvar potrubia a relatívna drsnosť steny.
Obr. 7. Moodyho (známy aj ako Nikuradzeho) diagram, zobrazujúci Darcy-Weisbachov súčiniteľ trenia fD v závislosti od Reynoldsovho čísla Re pre rôzne relatívne drsnosti – Pôvodný diagram: S Beck a R Collins, University of Sheffield, Zdieľané pod CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
V prípade reálnych drsných potrubí je stále možné reprezentovať celkový odpor ako súčet ξSUM = ξL + ξ0 dĺžkového odporu a miestneho odporu.
Táto reprezentácia súčtu zjednodušuje štúdium parametrov potrubia, pretože miestny odpor ξ0 možno vypočítať pre zjednodušenú geometriu prvku – napríklad v periodickej formulácii problému s menšou výpočtovou doménou alebo v 2D verzii problému. Všimnite si obrovskú veľkosť výpočtovej domény príkladov zobrazených na Obr. 4, kde má sekcia výšku 3 a dĺžku 18 metrov a konvergencia siete sa začína adekvátne prejavovať pri veľkosti viac ako 10 miliónov prvkov siete. Variant formulácie problému s periodickými alebo 2D podmienkami pre tieto prípady by mohol mať o rád menší počet prvkov siete a zjednodušený výpočet každého bodu rýchlosti pre graf ΔP(v) by trval len niekoľko minút alebo dokonca sekúnd namiesto hodín.
Rozdelenie na súčet dvoch odporov tak môže výrazne zjednodušiť výpočty – možno rýchlo určiť miestny odpor ξ0 a potom pripočítať dĺžkový odpor ξL. Ten možno rýchlo odhadnúť zo známych tabuliek alebo pomocou približných vzorcov využívajúcich zjednodušené rovnice založené na bezrozmerných číslach a parametroch geometrie vzduchovodu. Pre hydraulické prvky a prvky potrubnej siete s náhlymi zmenami smeru prúdenia (uhlové kolená, plynulé ohyby, ohyby pod rôznymi uhlami s vodiacimi lopatkami a bez nich) je podobný prístup a metóda prezentovaná v kapitolách 6-1 a 6-2 v komplexnej príručke Handbook of hydraulic resistance [4].
Hlavné vlastnosti produktu
Vodiace lopatky prúdenia vzduchu Tunnel Tech (produkt TTE-TV) sú na čele tejto technológie a ponúkajú bezkonkurenčnú účinnosť v riadení prúdenia vzduchu. Naše produkty sú navrhnuté pre širokú škálu aplikácií, od zariadení pre indoor skydiving a veterných tunelov až po HVAC a ventilačné systémy, stelesňujúc špičku aerodynamického dizajnu a energetickej účinnosti.
Výkon sekcie vodiacich lopatiek vo vzduchovodoch
Vysokovýkonné vodiace lopatky prúdenia vzduchu Tunnel Tech stanovujú priemyselný štandard pre výkon a aerodynamickú účinnosť. Naše energeticky úsporné vodiace lopatky sú navrhnuté tak, aby minimalizovali aerodynamické trenie, zabezpečili plynulé prúdenie vzduchu a znížili spotrebu energie.
Vodiace lopatky TunnelTech majú vynikajúce charakteristiky miestneho odporu vzduchovodu. Parametre odporu, vypočítané pomocou Darcy-Weisbachovej rovnice, ako je popísané vyššie, sú uvedené na nasledujúcich obrázkoch (pozri Obr. 8 nižšie) a v Technickom liste vodiacich lopatiek.
Všeobecne platí, že pre prípad, keď je veľkosť potrubia neznáma, sú uvedené hodnoty pre idealizovaný prvok s periodickými bočnými okrajovými podmienkami, bez zohľadnenia príspevku dodatočného odporu steny pozdĺž dĺžky, drsnosti a vplyvu iných miestnych parametrov. Na Obr. 8 sú uvedené hodnoty pre idealizovaný otočný rohový prvok s lopatkami Tunnel Tech, ktorý bol vypočítaný v aproximácii nekonečnej periodickej sekvencie 15 lopatiek s periodickými okrajovými podmienkami.
Obr. 8. Súčiniteľ miestneho odporu vodiacej lopatky Tunnel Tech a zodpovedajúci pokles tlaku.
Ak sa HVAC alebo iný hydraulický systém skladá z potrubí, ktoré vo všeobecnosti nemenia tvar prierezu prietokovej plochy pozdĺž dráhy toku, je vhodné odhadnúť odpor na jednotku dĺžky pre približné výpočty (samozrejme, odhadované pre celý rozsah rýchlostí):
KL = ξL / L = f / Dh
kde Dh je hydraulický priemer potrubia. Hodnotu KL je ľahké určiť z referenčných kníh, ako bolo uvedené vyššie. Vynásobením tejto hodnoty dĺžkou a pripočítaním hodnôt miestneho odporu ξ0 získaných z technických listov alebo vypočítaných nezávisle, je možné rýchlo odhadnúť celkovú tlakovú stratu v systéme.
ξSUM = KL · L + ξ0
Vyššie uvedené ilustračné príklady zobrazené na Obr. 4 štvorcového potrubia 2×2 metre s parametrami plynu a drsnosťou použitými vo výpočte majú odpor na jednotku dĺžky rádovo K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2,1 Pa. Táto hodnota platí pri hodnotení štvorcového potrubia bez zohľadnenia ohybov, lopatiek alebo iného vnútorného vybavenia. Pre celkovú dĺžku 21 metrov, ktorú vzduchová hmota prekoná pozdĺž potrubia, to dáva pokles tlaku ~44 Pascalov. Pripočítaním hodnoty zobrazenej na Obr. 8 (11 Pa pre rýchlosť 20 m/s prevzatú podľa Technického listu vodiacich lopatiek (Tabuľka A.2.1) dostaneme celkový odpor 55 Pa pre reálnu sekciu štvorcového potrubia 2×2 s otočnými lopatkami. Táto hodnota je v dobrej zhode s hodnotou zobrazenou na Obr. 4, prípad 5.
Viac informácií o približných spôsoboch výpočtu odporov potrubí akéhokoľvek tvaru bez použitia CFD metód možno ľahko nájsť v <a href="#references">[4]</a> alebo podobnej literatúre.
NB! Upozorňujeme, že príklady zobrazené na Obr. 4 sú len špeciálnym prípadom na demonštráciu činnosti otočných lopatiek a nemožno ich použiť na hodnotenie ľubovoľného potrubia! Obrázok 8 je aplikovateľný v širšom kontexte, avšak je potrebné zohľadniť špecifické parametre potrubia klienta. Každý konkrétny systém vyžaduje podrobnú analýzu, ktorú si môžete objednať od Tunnel Tech. Pre presný výpočet hydraulického odporu potrubia a odborné posúdenie spotreby energie vášho ventilačného zariadenia alebo veterného tunela nás prosím kontaktujte.
Ďalšie informácie o službách a R&D nájdete aj na stránke Technológie a v sekcii Služby.
Vodiace lopatky pre priemyselné chladenie a ohrev
Naše produkty, jedinečné medzi vodiacimi lopatkami pre priemyselné vzduchovody, ponúkajú schopnosť cirkulovať chladivo pri vysokom prietoku, čo umožňuje efektívne chladenie alebo ohrev vzduchu pri prechode potrubím. Táto funkcia otvára nové možnosti v tepelnej regulácii pre použitie lopatiek na kontrolu vnútornej klímy a výmenníkov tepla s nízkym odporom integrovaných do vzduchovodov, čím poskytuje našim klientom všestranné riešenia pre ich potreby prúdenia vzduchu.
Hodnotené pomocou metódy výpočtu HTCL (Súčiniteľ prestupu tepla na lineárny meter), ktorá kvantifikuje tepelný tok (vo Wattoch) na meter dĺžky vodiacej lopatky pre každý Kelvin logaritmického stredného teplotného rozdielu (ΔTLMTD) medzi vonkajším vzduchom a chladivom rohovej lopatky, sú naše vodiace lopatky navrhnuté pre efektívny odvod tepla v rôznych podmienkach prúdenia vzduchu, zaručujúc stabilný výkon a reguláciu teploty.
Parametre súčiniteľa prestupu tepla pre vodou chladené vodiace lopatky sú uvedené na Obr. 9, pre vlhký aj suchý vzduch, kde ΔP [kPa] predstavuje rozdiel tlaku vody medzi vstupnými a výstupnými otvormi lopatky (modrá a červená na Obr. 10).
Obr. 10. Chladiace kanály vodiacich lopatiek
Obr. 9. Súčiniteľ HTCL. Suchý (RH=0 %) a vlhký vzduch (RH=90 % pri 30 °C) pri rôznom rozdiele tlaku chladiva (voda) medzi vstupnými a výstupnými otvormi chladiaceho kanála.
Vodiace lopatky na rekuperáciu odpadového tepla
Chladené vodiace lopatky s integrovanými kanálmi na výmenu tepla ponúkajú všestranné riešenie pre rekuperáciu odpadového tepla v rôznych aplikáciách. Keď sú integrované do systémov výmeny tepla, tieto lopatky dokážu zachytiť prebytočnú tepelnú energiu, ktorá by sa inak stratila, a preniesť ju do systémov rekuperácie tepla, čím sa výrazne zvyšuje celková účinnosť systému.
V praktických aplikáciách možno túto technológiu využiť vo viacerých oblastiach. Napríklad v priemyselných procesoch môžu chladené vodiace lopatky rekuperovať odpadové teplo z výfukových plynov a presmerovať ho na predhrev prichádzajúcich tekutín alebo vzduchu, čím sa znižuje spotreba energie. V HVAC systémoch sa podobné princípy využívajú prostredníctvom zariadení, ako sú ventilátory s rekuperáciou tepla (HRV) a ventilátory s rekuperáciou energie (ERV), ktoré prenášajú teplo medzi prúdmi odvádzaného a privádzaného vzduchu. Tento proces minimalizuje energiu potrebnú na ohrev alebo ochladenie privádzaného vzduchu, čo vedie k podstatným úsporám energie.
Okrem toho môžu byť chladené vodiace lopatky integrované do systémov používaných v sektoroch výroby energie a obnoviteľnej energie. Napríklad v systémoch kombinovanej výroby tepla a elektriny (CHP) sa odpadové teplo z výroby elektriny rekuperuje a využíva na vykurovacie účely, čím sa zlepšuje celková účinnosť systému. V systémoch geotermálnej energie môžu tieto lopatky pomôcť riadiť tepelnú energiu získanú zo zeme, optimalizujúc procesy prenosu tepla.
V iniciatívach zelenej a obnoviteľnej energie zohráva rekuperácia odpadového tepla kritickú úlohu pri znižovaní uhlíkovej stopy a zvyšovaní udržateľnosti energetických systémov. Tento prístup je v súlade s princípmi štíhlej výroby zlepšovaním efektívnosti zdrojov a znižovaním prevádzkových nákladov prostredníctvom efektívneho tepelného manažmentu. Okrem toho v projektoch ESG začlenenie takýchto technológií demonštruje záväzok minimalizovať environmentálny dopad a optimalizovať využívanie zdrojov v súlade so širšími cieľmi udržateľnosti.
Rekuperácia tepla – Súvisiace projekty
Tunnel Tech má rozsiahle skúsenosti s implementáciou projektov zahŕňajúcich výmenu tepla a HVAC systémy navrhnuté na rekuperáciu odpadového tepla pomocou chladených vodiacich lopatiek. Integráciou týchto lopatiek do zostáv výmeny tepla, navrhnutých na zachytávanie a opätovné využitie tepelnej energie, ktorá by sa inak stratila, Tunnel Tech umožňuje efektívnejšiu rekuperáciu odpadového tepla z rôznych priemyselných a komerčných procesov. Tento prístup nielen zlepšuje energetickú účinnosť, ale podporuje aj ciele udržateľnosti znižovaním spotreby energie a prevádzkových nákladov.
Aplikácie
Naše vodiace lopatky slúžia širokému spektru priemyselných odvetví a aplikácií
HVAC systémy
| Komerčné budovy | Optimalizácia potrubných rozvodov; Energetická účinnosť; Znižovanie prevádzkových nákladov; Zvyšovanie zdravia a bezpečnosti efektívnym riadením kvality vzduchu a teploty; |
| Obytné komplexy | Zabezpečenie pohodlného životného prostredia s optimálnou kvalitou a prúdením vzduchu; Zvyšovanie zdravia a bezpečnosti; |
| Dátové centrá | Vodiace lopatky pre tepelný manažment udržiavajú kritické úrovne teploty a vlhkosti pre výkon a životnosť serverov; |
Ventilačné systémy v stavebnom inžinierstve
| Nemocnice a zdravotnícke zariadenia | Tichá prevádzka vodiacich lopatiek poskytuje dôležitú kontrolu kvality vzduchu na ochranu pacientov a personálu; Zvyšovanie zdravia a bezpečnosti efektívnym riadením kvality vzduchu a teploty |
| Vzdelávacie inštitúcie | Vytvárajte priaznivé prostredie na učenie vďaka zlepšenej cirkulácii vzduchu |
Environmentálna kontrola
| Elektronika, biotechnológie, potravinárske technológie a iné hi-tech zariadenia / Čisté priestory | Regulácia teploty a vlhkosti pre high-tech a náročnú výrobu; Klimatizačné vodiace lopatky udržiavajú prísne štandardy prúdenia vzduchu pre výrobu a výskum |
| Športové arény | Zabezpečenie pohodlia a bezpečnosti pre športovcov aj divákov |
Priemyselné a špecializované aplikácie
| Výstavba a údržba tunelov | Zlepšenie kvality vzduchu a bezpečnosti pre pracovníkov v tunelových prostrediach; |
| Priemyselné zariadenia | Optimalizácia potrubných rozvodov; Energetická účinnosť; Udržateľný rozvoj; Znižovanie prevádzkových nákladov; |
| Zlievarne a ťažké prevádzky | Energetická účinnosť; Znižovanie prevádzkových nákladov; Rekuperácia odpadového tepla; Dekarbonizácia a ESG; Odolné HVAC vzduchovody; Tepelný manažment; |
| Námorné inžinierstvo | Zlepšenie ventilačných systémov na lodiach a ponorkách pre pohodlie posádky a spoľahlivosť zariadení; |
| Baníctvo a podzemné stavby | Poskytovanie kľúčovej ventilácie pre banské lokality a iné podzemné stavby, znižujúce riziko nebezpečných podmienok; |
Každá z týchto aplikácií významne profituje z pokročilého dizajnu a funkčnosti vodiacich lopatiek TunnelTech, čo predstavuje skok vpred v efektívnom riadení prúdenia vzduchu. Výberom vodiacich lopatiek TunnelTech s nízkym odporom môžu klienti očakávať nielen splnenie, ale aj prekročenie cieľov výkonnosti systému, a to všetko pri
- •zníženie spotreby energie * až o 30 %
- •zníženie hluku * o 60 %, v porovnaní s konvenčnými vzduchovodmi.
* – experimentálne výsledky pre geometriu veterného tunela TT45Pro.
Pre dopyty a viac podrobností o tom, ako môžu byť naše vodiace lopatky prispôsobené vašim špecifickým potrebám, prosím kontaktujte náš tím. Nechajte TunnelTech byť vaším partnerom pri dosahovaní optimálnych riešení riadenia prúdenia vzduchu.
Inštalácia a údržba
- •Rozmery a špecifikácie
Pred inštaláciou overte rozmery potrubia a špecifikácie vodiacich lopatiek
- •Možnosti montáže
K dispozícii v konfiguráciách na svorky, skrutky a zváranie
- •Manipulácia s bremenami
Dodržiavajte pokyny na manipuláciu s bremenami pre bezpečnú prepravu a umiestnenie
- •Inštalácia krok za krokom
Podrobné inštalačné pokyny dodávané s každým produktom
- •Plán kontrol
Pravidelné vizuálne kontroly na zabezpečenie zarovnania lopatiek a štrukturálnej integrity
- •Postupy čistenia
Pravidelné čistenie na odstránenie prachu a nahromadených nečistôt na povrchoch lopatiek
- •Monitorovanie opotrebovania
Monitorovanie známok korózie, erózie alebo mechanického poškodenia
- •Sprievodca riešením problémov
Riešenie bežných problémov, ako sú vibrácie, hluk alebo znížená účinnosť prúdenia vzduchu
Dokumentácia
Technické informácie o zostavách rohových sekcií veterných tunelov Tunnel Tech a parametroch vodiacich lopatiek sú k dispozícii v komplexnom technickom liste pre produkty TTE-TSA a TTE-TV. Dokumentácia obsahuje informácie o možnostiach návrhu, miestnych odporoch pre horizontálne a vertikálne 90-stupňové rohy prúdenia, ako aj hydraulické parametre a parametre prenosu tepla pre chladené vodiace lopatky.
Stiahnuť technický list TTE-TSA (PDF)Referencie a súvisiace publikácie
Ďalšie informácie o návrhu a optimalizácii otočných lopatiek pre veterné tunely, priemyselné potrubné rozvody, HVAC potrubia a zariadenia na riadenie prúdenia vzduchu, usmerňovače ventilátorov atď. nájdete na odkazoch nižšie:
- 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.
Pozri tiež:
- Moodyho diagram: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Súčiniteľ trenia: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Strata trením: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss