Úvod k vodiacim lopatkám
Pri riadení prúdenia vzduchu zohráva dizajn rohov vzduchovodov kľúčovú úlohu v účinnosti a výkone ventilačných a HVAC systémov a veterných tunelov. Keď je vzduch tlačený cez ostrú zákrutu, čo je vo vzduchovodoch často nevyhnutné, naráža na zvýšený hydraulický odpor, čo vedie k vyšším tlakovým stratám a turbulencii. To nielen znižuje účinnosť systému, keďže na udržanie prúdenia vzduchu je potrebné viac energie, ale ovplyvňuje to aj štrukturálnu integritu vzduchovodov prostredníctvom nerovnomerného tlakového zaťaženia vyvíjaného turbulentným prúdením.
Tu prichádzajú na rad vodiace lopatky, známe aj ako rohové lopatky alebo usmerňovacie lopatky (Obr. 1). Vodiace lopatky inštalované vo vnútri rohu vedú vzduch cez zákrutu s minimálnym odporom, čím znižujú tlakové straty a turbulenciu bez dodatočného priestoru, ktorý si vyžaduje plynulý ohyb s polomerom. Vďaka tomu sú vodiace lopatky ideálnym riešením pre efektívne riadenie prúdenia vzduchu v kompaktnom priestore.
Obr. 1. Zostava rohovej sekcie s vodiacimi lopatkami TunnelTech
Vysokovýkonné sekcie s vodiacimi lopatkami ako alternatíva k bežným riešeniam HVAC.
Tradičným spôsobom, ako znížiť turbulenciu, tlakovú stratu a hluk ostro zakriveného vzduchovodu, je koleno s polomerom (Obr. 2 a Obr. 4, prípad 2). Hoci kolená s polomerom čiastočne zmierňujú turbulenciu, hluk a tlakové straty typické pre ostrý ohyb (pozri Obr. 4, prípad 1), prinášajú vlastné problémy.
Niekoľko bežných ohybov vzduchovodov HVAC, vyrobených z plynule zakriveného plechu s ohnutými rozdeľovacími lopatkami, je znázornených na Obr. 2 vľavo. Ide o typické štandardné varianty bežne používané vo vzduchovodoch HVAC, napr. v súlade s normou pre vzduchovody DW144.
Takéto komponenty vzduchovodov sú bežné a nákladovo efektívne pre malé aplikácie v stavebníctve, malých podnikoch a nízkovýkonných systémoch HVAC, kde náklady na energiu nie sú významným faktorom. Tento dizajn však nie je dobrým riešením pre ventilačné a chladiace systémy v stredných a veľkých, vysokokapacitných aplikáciách – výroba energie, metalurgia, turbostroje, výmenníky tepla, rekuperácia odpadového tepla a moderná zelená a obnoviteľná energia – kde sú hydraulická účinnosť a úspory energie nevyhnutnosťou.
Nie je však potrebné zakaždým stavať vlastný, neštandardný vzduchovod, keď je potrebné plne optimalizovať spotrebu energie hydraulickej siete. Ten istý Obrázok 2 vpravo ukazuje variant diagonálnej rohovej sekcie s vodiacimi lopatkami TunnelTech, ktorá je energeticky účinná, má nízky hluk a nízku turbulenciu, spĺňa priemyselné štandardy pre systémy HVAC a môže sa použiť aj vo veľkých, vysokovýkonných priemyselných aplikáciách. Príklad veľkého zariadenia, do ktorého možno diagonálnu rohovú sekciu s vodiacimi lopatkami jednoducho integrovať, je znázornený na Obr. 3.
Obr. 2. Bežné plynulé koleno HVAC strednej veľkosti s rozdeľovacou lopatkou z plechu podľa normy DW144 (vľavo) a vysokovýkonná diagonálna zostava vodiacich lopatiek TunnelTech pre štandardné vzduchovody (vpravo).
Obr. 3. Veľkorozmerné rohové sekcie vzduchovodov s vodiacimi lopatkami TunnelTech pre veterné tunely, výrobu energie a priemyselné aplikácie.
Dizajn vodiacich lopatiek pre zníženie tlakovej straty, turbulencie a hluku
Na porovnanie rôznych dizajnov 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. Rýchlosť 20 m/s bola zvolená, pretože profesionálne vertikálne veterné tunely pre indoor skydiving zvyčajne fungujú väčšinu času v režimoch, kde je rýchlosť prúdenia v rohovej sekcii medzi 10 a 30 m/s. CFD výpočty boli vykonané pri 1 štandardnej atmosfére, 20 °C a nulovej vlhkosti vzduchu so stlačiteľným plynom a adiabatickou stenou s drsnosťou 250 µm. Použila sa sieť so 6 až 10 miliónmi buniek na doménu. Na vstupnej hranici bol aplikovaný plochý vstupný profil a 2 % turbulencia. Turbulencia bola modelovaná pomocou k-ε modelu.
Poznámka: Ilustrácie na Obr. 4 sú špecifické príklady, prezentované výlučne na ilustráciu princípov fungovania a na porovnanie niekoľkých typov rohových sekcií s vodiacimi lopatkami. Nemožno ich považovať za všeobecné výsledky pre každý prípad použitia. Pre každý skutočný ventilačný systém alebo inú hydraulickú sieť sa musia v každom výpočtovom bode zohľadniť špecifické hydraulické parametre, veľkosť a tvar vzduchovodu, drsnosť a konštrukčné nepravidelnosti, nerovnomernosti prúdenia a presné fyzikálne vlastnosti plynu. Takýto výpočet pre konkrétny systém si môžete objednať tak, že nás kontaktujete.
Sú zobrazené nasledujúce konštrukčné prípady:
- Rohová sekcia bez vodiacich lopatiek.
- Plynule zakrivená rohová sekcia (r = ½ výšky vzduchovodu) s radiálne ohnutými rozdeľovacími lopatkami. Pokles tlaku závisí aj od počtu a geometrie rozdeľovačov. Príklad ukazuje minimálny počet optimálne tvarovaných rozdeľovacích dosiek.
- Jednoduché radiálne zakrivené tenké dosky (hrúbka 10–20 mm).
- Typické neoptimalizované vodiace lopatky od našich najbližších konkurentov.
- Vodiace lopatky TunnelTech (TTE-TV) s optimalizovaným profilom.
Najvýznamnejším problémom zakrivených vzduchovodov, ktoré majú malý počet jednoduchých rozdeľovačov z ohýbaného plechu (alebo vôbec žiadne lopatky), je rozloženie tlaku a rýchlosti na výstupe z rohovej sekcie (Obr. 4, prípad 2, pozri výstupný prierez). Rýchlosť sa zvyšuje od vonkajšej steny k vnútornej stene každého čiastkového kanála prúdenia, čo vytvára nerovnomerné prúdenie, silnú turbulenciu a hluk. Čím menší je polomer otáčania, tým väčšie je riziko odtrhnutia prúdenia, skreslenia tlakových a rýchlostných polí, vyššieho hluku a vyššej tlakovej straty.
Jediným spôsobom, ako prekonať tieto problémy, je veľký polomer zakrivenia rohovej sekcie a väčší počet rozdeľovacích lopatiek. To vytvára druhý problém – dodatočný priestor potrebný na umiestnenie takýchto ohybov a materiálové náklady na niekoľko zakrivených rozdeľovačov dimenzovaných na prierez vzduchovodu. Vo veľkých systémoch vzduchovodov môžu ohyby s plynulým polomerom viesť k neprimerane veľkým konštrukciám, čo robí tento prístup v mnohých prípadoch nepraktickým, najmä tam, kde je priestor obmedzený. Dodatočný potrebný priestor je znázornený prerušovanými čiarami na Obr. 4, prípad 2 nižšie. Výška a šírka každej zákruty sa musí zväčšiť aspoň o ½ veľkosti vzduchovodu. Pre recirkulačné veterné tunely to znamená zväčšenie rozmerov budovy o niekoľko metrov v každom smere, čo zvyšuje náklady na vzduchovody a kapitálové investície. Okrem toho každý rozdeľovač stojí toľko ako samotná stena vzduchovodu.
Obr. 4. Rohové sekcie vo vzduchovodoch – porovnanie dizajnu a výkonu
Optimálnym riešením pre veterné tunely a priemyselné vetranie je diagonálna kaskáda vodiacich lopatiek s profilom krídla, ako je znázornené na Obrázku 4, prípady 3–5.
Všetky vyššie uvedené CFD obrázky sú pre rohovú sekciu vzduchovodu so vstupom 2×2 m pri rýchlosti prúdenia vzduchu 20 m/s, ako príklad – prípad najrelevantnejší pre indoor skydiving a nízkorychlostné subsonické veterné tunely.
Obrázok 4, prípad 3 ukazuje rohovú sekciu s jednoduchými lopatkami vyrobenými z tenkého ohýbaného plechu. Obr. 4, prípad 4 ukazuje najlepšie vodiace lopatky ponúkané najbližšími konkurentmi spoločnosti TunnelTech. Obe majú kratšiu tetivu a neoptimalizovaný tvar profilu, čo vedie k tomu, čo sa javí ako zvyšková nerovnomernosť prúdenia na výstupe zo sekcie, vyšší aerodynamický odpor a väčší hluk vo vzduchovode. Tenké lopatky vyrobené z jednoduchého ohýbaného plechu zvyčajne prekračujú povolené hladiny hluku aj pri nízkej rýchlosti vzduchu a hrubý, krátky profil s nízkym pomerom tetivy k hrúbke má tiež menšiu povrchovú plochu, čo je nevýhodou tam, kde sa na prenos tepla používajú chladené vodiace lopatky.
Spodná časť Obrázka 4, prípad 5 ukazuje roh vzduchovodu vybavený vysokovýkonnými vodiacimi lopatkami TunnelTech (pre objednanie uveďte číslo dielu TTE-TV-90). Ako ukazujú prierezy, prúdenie je rovnomernejšie so správne profilovanými lopatkami, čo znamená nižšiu tlakovú stratu a nízku turbulenciu.
Profil výstupného tlaku/rýchlosti je tiež oveľa lepší pre rohové sekcie TunnelTech vybavené lopatkami s dlhou tetivou ako v iných prípadoch. Výsledkom je bezkonkurenčná aerodynamická kvalita TunnelTech, čo sa odráža v mnohých recenziách od profesionálnych skydiverov a iných zákazníkov.
Všetky vyššie uvedené údaje, vrátane dĺžky tetivy a možností chladenia, sú tiež zhrnuté v Tabuľke 1.
| Prípad / Typ lopatky | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Dĺžka tetivy (mm) | Chladenie |
|---|---|---|---|---|
| 1. Bez lopatiek, ostrá zákruta | 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 TunnelTech | 57 | 0.24 | 500 | Áno |
Súčiniteľ hydraulických strát pre rohovú sekciu vzduchovodu s lopatkami TunnelTech a konkurencie v rozsahu rýchlostí do 100 m/s, vypočítaný pre rovnakú geometriu a počiatočné podmienky, je uvedený na Obr. 5.
Viac podrobností o hydraulických stratách po dĺžke vzduchovodu, miestnom odpore a celkovom súčiniteli hydraulických strát je uvedených nižšie.
Obr. 5. Porovnanie rohových sekcií TunnelTech a konkurencie: Darcy-Weisbachov súčiniteľ hydraulických strát pre rovnakú geometriu a počiatočné podmienky výpočtu.
Zmiernenie turbulencie pre spoľahlivé výpočty hydraulickej a štrukturálnej bezpečnosti
Obr. 6. Rohová sekcia s vodiacimi lopatkami TunnelTech: mierka turbulencie (m) pri 20 m/s
Plynulý, predvídateľný profil tlaku/rýchlosti je obzvlášť dôležitý v aplikáciách, kde je neprijateľná vysoká turbulencia alebo odtrhnutie prúdenia, ako sú experimentálne veterné tunely, zariadenia pre indoor skydiving a vysokovýkonné inštalácie. Tieto parazitné efekty, spolu s pulzáciami tlaku spôsobenými odtrhnutím prúdenia a rozsiahlou turbulenciou, sú tiež neprijateľné v inštaláciách, ktoré musia byť bez akusticky indukovaných vibrácií a kde nie sú povolené žiadne odchýlky statického tlaku z dôvodu štrukturálnej stability vzduchovodu. Okrem toho je turbulentné prúdenie bežným zdrojom hluku, čo ďalej znižuje celkový výkon systému a komfort koncového používateľa.
Treba tiež vziať do úvahy, že nepravidelnosti prúdenia majú tendenciu rásť a zintenzívňovať sa v smere prúdenia, pokiaľ sa nepoužijú usmerňovače prúdenia, voštiny, sitové clony alebo iné zariadenia na úpravu prúdenia [1-3]. Presná plyno-dynamická analýza vyžaduje výpočet odporu každého nasledujúceho prvku vzduchovodu so skutočným profilom vstupného tlaku/rýchlosti generovaným predchádzajúcim prvkom hydraulickej siete. Pre dlhé hydraulické siete je často nemožné spustiť CFD simuláciu celého systému kvôli jeho obrovskej veľkosti. V takýchto prípadoch sa používajú približné semi-empirické výpočty založené na bezrozmerných číslach prúdenia a geometrických kritériách [4], alebo softvér založený na takýchto metódach. Podobne sa modelovanie štrukturálnej stability vzduchovodu pomocou FEA zvyčajne vykonáva so stabilným poľom statického tlaku aplikovaným na steny vzduchovodu. Závažné nepravidelnosti prúdenia vyvíjajúce sa v smere prúdenia preto môžu vniesť chybu aj do bezpečnostne kritických analýz nosných konštrukcií.
Približné metódy zvyčajne neriešia skreslenie rýchlostného profilu na vstupe do prvku hydraulickej siete; v najlepšom prípade zohľadňujú, či je profil plne vyvinutý alebo ešte nevyvinutý (rovnomerný), a parametre medznej vrstvy. Vo veterných tuneloch a priemyselných ventilačných systémoch môže každá zmena smeru prúdenia spôsobiť nerovnomernosť a silné vírenie, čo vnáša neistotu do výpočtov hydraulického odporu pre dlhé siete. Kdekoľvek je to možné, je preto potrebné vyhnúť sa veľkým nepravidelnostiam rýchlostného profilu.
Obr. 6 a vyššie uvedené výsledky ukazujú, že rohové sekcie s vodiacimi lopatkami TunnelTech nielenže nevytvárajú žiadne dodatočné narušenie prúdenia, ale môžu sa použiť aj na tlmenie vírenia a nerovnomernosti za sekciou. Rohová sekcia s vodiacimi lopatkami TunnelTech preto môže fungovať aj ako efektívny usmerňovač prúdenia, keď je nainštalovaná za axiálnym ventilátorom, difúzorom vzduchovodu, výmenníkom tepla, skúšobným úsekom, odbočkou vzduchovodu alebo akýmkoľvek iným prvkom generujúcim turbulenciu.
Súčiniteľ miestneho odporu
Miestny odpor rohovej sekcie možno vypočítať pomocou známej Darcy-Weisbachovej rovnice:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kde:
- ΔP – celková tlaková strata (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, silne závisia od dizajnu vodiacich lopatiek.
Podľa [4] možno celkový odpor zložitého hydraulického prvku vyjadriť ako súčet odporu trenia po jeho dĺžke ξL a miestneho odporu ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
Pre rovný vzduchovod je dĺžkový odpor úmerný dĺžke a nepriamo úmerný hydraulickému priemeru, ako vyjadruje vzorec:
ξL = (L / D) · f
kde f je súčiniteľ trenia Darcy.
Pre vzduchovody jednoduchého tvaru (napr. kruhové, štvorcové, šesťuholníkové) možno f vyjadriť ako nelineárnu funkciu samotného 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, plne vyvinutým profilom prúdenia na vstupe a turbulentným režimom (Reynoldsove čísla Re > 4×103) možno vypočítať podľa vzorca:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Pre skutočné vzduchovody sa musí brať do úvahy aj drsnosť stien.
Obr. 7 nižšie ukazuje graf Darcyho súčiniteľa trenia v závislosti od Reynoldsovho čísla Re pre rôzne hodnoty relatívnej drsnosti steny, prvýkrát publikovaný Nikuradsem v [5-8]. Tento graf je známy aj ako Moodyho diagram [9] alebo Colebrook-Whiteova korelácia [10-11]. Novšiu štúdiu hladkých potrubí možno nájsť v [12].
Diagram ukazuje komplexnú závislosť f(Re) pre kruhové potrubie s rôznymi hodnotami drsnosti. Pre štvorcové a iné nekruhové vzduchovody je diagram ešte zložitejší. Preto sa musí brať do úvahy režim prúdenia (Reynoldsovo číslo), tvar vzduchovodu a relatívna drsnosť steny.
Obr. 7. Moodyho (tiež Nikuradseho) diagram znázorňujúci Darcy-Weisbachov súčiniteľ trenia fD v závislosti od Reynoldsovho čísla Re pre rôzne hodnoty relatívnej drsnosti – Pôvodný diagram: S. Beck a R. Collins, University of Sheffield, zdieľané pod CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Pre skutočné, drsné vzduchovody je stále možné vyjadriť celkový odpor ako súčet ξSUM = ξL + ξ0 dĺžkového odporu a miestneho odporu.
Rozdelenie odporu na tento súčet zjednodušuje štúdium parametrov vzduchovodu, keďže miestny odpor ξ0 možno vypočítať pre zjednodušenú geometriu prvku – napríklad s periodickou formuláciou problému na menšej výpočtovej doméne, alebo v 2D formulácii. Všimnite si veľkosť výpočtovej domény v príkladoch zobrazených na Obr. 4 – sekcia je 3 m vysoká a 18 m dlhá a adekvátna konvergencia siete začína až nad 10 miliónmi prvkov siete. Periodická alebo 2D formulácia rovnakých prípadov by mohla použiť o rád menej prvkov siete a zjednodušený výpočet každého rýchlostného bodu na krivke ΔP(v) by trval minúty alebo dokonca sekundy namiesto hodín.
Rozdelenie odporu na dve zložky preto môže výrazne zjednodušiť výpočty – miestny odpor ξ0 sa určí rýchlo a následne sa pripočíta dĺžkový odpor ξL. Ten možno rýchlo odhadnúť z publikovaných tabuliek alebo pomocou približných vzorcov založených na bezrozmerných číslach a parametroch geometrie vzduchovodu. Pre hydraulické prvky a prvky sietí vzduchovodov s náhlymi zmenami smeru prúdenia (uhlové kolená, plynulé ohyby, ohyby rôznych uhlov s vodiacimi lopatkami a bez nich) je podobný prístup a metóda prezentovaná v kapitolách 6-1 a 6-2 komplexnej príručky Handbook of Hydraulic Resistance [4].
Technické špecifikácie
Komplexné technické údaje pre presné inžinierstvo a výpočty výkonu.
Technológia integrovaného chladenia
Naše vodiace lopatky, ktoré prinášajú revolúciu v dizajne tunelov, obsahujú integrované vnútorné kanály chladiva – poskytujúce vynikajúcu účinnosť výmeny tepla bez kompromisov v kvalite prúdenia vzduchu.
- Masívna kapacita rozptylu tepla, škálovateľná od stoviek kilowattov po desiatky megawattov.
- Efektívny tepelný manažment s nulovým nepriaznivým dopadom na turbulenciu prúdenia alebo kvalitu prúdu.
- Navrhnuté so šiestimi integrovanými vnútornými chladiacimi kanálmi na lopatku pre maximálnu tepelnú účinnosť
- Bezproblémová integrácia so štandardnými infraštruktúrami priemyselného vodného chladenia
Hlavné vlastnosti produktu
Vodiace lopatky prúdenia vzduchu TunnelTech (produkt TTE-TV) sú v popredí 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, a stelesňujú špičkový aerodynamický dizajn a energetickú účinnosť.
Výkonnosť sekcie vodiacich lopatiek vo vzduchovodoch
Vysokovýkonné vodiace lopatky TunnelTech stanovujú priemyselný štandard pre výkon a aerodynamickú účinnosť. Naše energeticky úsporné vodiace lopatky sú navrhnuté tak, aby minimalizovali aerodynamické straty, zabezpečili plynulé prúdenie vzduchu a znížili spotrebu energie.
Vodiace lopatky TunnelTech majú vynikajúce charakteristiky miestneho odporu vo vzduchovodoch. Parametre odporu, vypočítané pomocou Darcy-Weisbachovej rovnice ako je opísané vyššie, sú uvedené na obrázkoch nižšie (pozri Obr. 8) a v Technickom liste vodiacich lopatiek.
Vo všeobecnosti, tam, kde veľkosť vzduchovodu nie je známa, sú uvedené hodnoty pre idealizovaný prvok s periodickými bočnými okrajovými podmienkami, bez zohľadnenia dodatočného trenia steny po dĺžke, drsnosti alebo iných lokálnych parametrov. Obr. 8 uvádza hodnoty pre idealizovaný rohový prvok s lopatkami TunnelTech, vypočítané pre zväzok 15 lopatiek s periodickými okrajovými podmienkami ako aproximáciu nekonečnej periodickej kaskády.
Obr. 8. Vodiaca lopatka TunnelTech: súčiniteľ miestneho odporu a zodpovedajúca tlaková strata.
Ak sa HVAC alebo iný hydraulický systém skladá zo vzduchovodov, ktorých prierez prúdenia sa vo všeobecnosti pozdĺž dráhy prúdenia nemení, je pre približné výpočty vhodné odhadnúť odpor na jednotku dĺžky (ktorý sa, samozrejme, musí odhadnúť v celom rozsahu rýchlostí):
KL = ξL / L = f / Dh
kde Dh je hydraulický priemer vzduchovodu. Hodnotu KL je ľahké určiť z referenčných príručiek, ako bolo uvedené vyššie. Jej vynásobením dĺžkou a pripočítaním hodnôt miestneho odporu ξ0 prevzatých z technických listov alebo vypočítaných nezávisle získame rýchly odhad celkovej tlakovej straty v systéme.
ξSUM = KL · L + ξ0
Ilustratívne príklady na Obr. 4 – štvorcový vzduchovod 2×2 m s parametrami plynu a drsnosťou použitými vo výpočte – majú odpor na jednotku dĺžky rádovo KL = ξL / L ~ 2,1 Pa. Táto hodnota platí pre obyčajný štvorcový vzduchovod bez ohybov, lopatiek alebo iného vnútorného vybavenia. Na celých 21 m, ktoré vzduch prejde vzduchovodom, to dáva tlakovú stratu ~44 Pa. Pridaním hodnoty z Obr. 8 (11 Pa pri 20 m/s, prevzatej z Technického listu vodiacich lopatiek, Tabuľka A.2.1) získame celkový odpor 55 Pa pre skutočnú sekciu vzduchovodu 2×2 m s vodiacimi lopatkami. Táto hodnota je v dobrej zhode s hodnotou zobrazenou na Obr. 4, prípad 5.
Viac informácií o približných metódach výpočtu odporu vzduchovodov akéhokoľvek tvaru bez CFD možno nájsť v [4] a podobnej literatúre.
Poznámka: Príklady na Obr. 4 sú len špeciálnym prípadom demonštrujúcim, ako vodiace lopatky fungujú, a nemožno ich použiť na vyhodnotenie ľubovoľného vzduchovodu. Obrázok 8 platí všeobecnejšie, ale stále je potrebné zohľadniť špecifické parametre vzduchovodu klienta. Každý systém potrebuje podrobnú analýzu, ktorú si môžete objednať od spoločnosti TunnelTech. Pre presný výpočet hydraulického odporu vzduchovodu a odborné posúdenie spotreby energie vášho ventilačného zariadenia alebo veterného tunela nás prosím kontaktujte.
Ďalšie informácie o našich službách a výskume a vývoji nájdete na stránke Technológie a v sekcii Služby.
Vodiace lopatky pre priemyselné chladenie a vykurovanie
Naše produkty sú medzi vodiacimi lopatkami pre priemyselné vzduchovody jedinečné tým, že dokážu cirkulovať chladivo pri vysokom prietoku, čo umožňuje efektívne chladenie alebo ohrievanie vzduchu pri jeho prechode vzduchovodom. To otvára nové možnosti v tepelnej regulácii – vodiace lopatky pre vnútornú klimatizáciu a nízkoodporové výmenníky tepla vo vzduchovodoch – čo našim klientom poskytuje všestranné riešenia pre ich potreby prúdenia vzduchu.
Naše vodiace lopatky, hodnotené pomocou metódy HTCL (súčiniteľ prestupu tepla na bežný meter), ktorá kvantifikuje tepelný tok (vo wattoch) na meter dĺžky vodiacej lopatky na kelvin logaritmického stredného teplotného rozdielu (ΔTLMTD) medzi vonkajším vzduchom a chladivom lopatky, sú navrhnuté pre efektívny prenos tepla v rôznych podmienkach prúdenia vzduchu, čo zaručuje stabilný výkon a reguláciu teploty.
Parametre súčiniteľa prestupu tepla pre vodou chladené vodiace lopatky sú uvedené na Obr. 9 pre suchý aj vlhký vzduch, kde ΔP [kPa] je rozdiel tlaku vody medzi vstupným a výstupným otvorom lopatky (modrý a červený 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 rôznych rozdieloch tlaku chladiva (vody) medzi vstupným a výstupným otvorom chladiaceho kanála.
Vodiace lopatky pre rekuperáciu odpadového tepla
Chladené vodiace lopatky s integrovanými teplovýmennými kanálmi ponúkajú všestranné riešenie pre rekuperáciu odpadového tepla v rôznych aplikáciách. Tieto lopatky, integrované do systémov výmeny tepla, dokážu zachytiť prebytočnú tepelnú energiu, ktorá by sa inak stratila, a preniesť ju do systémov rekuperácie tepla, čím sa výrazne zlepší celková účinnosť systému.
V praxi sa táto technológia dá využiť v mnohých oblastiach. V priemyselných procesoch môžu napríklad chladené vodiace lopatky rekuperovať odpadové teplo z výfukových plynov a použiť ho na predhrievanie prichádzajúcich kvapalín alebo vzduchu, čím sa zníži spotreba energie. V systémoch HVAC sa rovnaký princíp uplatňuje v zariadeniach, ako sú ventilátory s rekuperáciou tepla (HRV) a ventilátory s rekuperáciou energie (ERV), ktoré prenášajú teplo medzi prúdmi odvádzaného a privádzaného vzduchu. To minimalizuje energiu potrebnú na ohrev alebo chladenie privádzaného vzduchu, čo vedie k podstatným úsporám energie.
Chladené vodiace lopatky môžu byť tiež integrované do systémov výroby energie a obnoviteľných zdrojov energie. V zariadeniach na kombinovanú výrobu tepla a elektriny (CHP) sa napríklad odpadové teplo z výroby elektriny rekuperuje a využíva na vykurovanie, čím sa zlepšuje celková účinnosť systému. V geotermálnych energetických systémoch môžu tieto lopatky pomôcť riadiť tepelnú energiu extrahovanú zo zeme a optimalizovať procesy prenosu tepla.
V iniciatívach v oblasti zelenej a obnoviteľnej energie zohráva rekuperácia odpadového tepla kľúčovú úlohu pri znižovaní uhlíkovej stopy a zlepšovaní udržateľnosti energetických systémov. Tento prístup je v súlade s princípmi štíhlej výroby, zlepšuje efektívnosť využívania zdrojov a znižuje prevádzkové náklady prostredníctvom efektívneho tepelného manažmentu. V projektoch ESG navyše prijatie takýchto technológií demonštruje odhodlanie minimalizovať vplyv na životné prostredie a optimalizovať využívanie zdrojov v súlade so širšími cieľmi udržateľnosti.
Rekuperácia tepla – Súvisiace projekty
TunnelTech má rozsiahle skúsenosti s dodávaním projektov výmeny tepla a HVAC navrhnutých na rekuperáciu odpadového tepla pomocou chladených vodiacich lopatiek. Integráciou týchto lopatiek do systémov výmeny tepla navrhnutých na zachytávanie a opätovné využitie tepelnej energie, ktorá by sa inak stratila, TunnelTech umožňuje efektívnejšie rekuperovať odpadové teplo zo širokej škály priemyselných a komerčných procesov. To nielen zlepšuje energetickú účinnosť, ale tiež podporuje ciele udržateľnosti znižovaním spotreby energie a prevádzkových nákladov.
Aplikácie
Naše vodiace lopatky slúžia širokej škále odvetví a aplikácií
HVAC systémy
| Komerčné budovy | Optimalizácia vzduchovodov; energetická účinnosť; nižšie prevádzkové náklady; lepšie zdravie a bezpečnosť vďaka efektívnej kontrole kvality vzduchu a teploty |
| Obytné komplexy | Komfortné životné prostredie s optimálnou kvalitou vzduchu a prúdením; lepšie zdravie a bezpečnosť |
| Dátové centrá | Vodiace lopatky pre tepelný manažment udržiavajú kritické úrovne teploty a vlhkosti potrebné pre výkon a životnosť serverov |
Vetracia technika v stavebníctve
| Nemocnice a zdravotnícke zariadenia | Tiché vodiace lopatky poskytujú kľúčovú kontrolu kvality vzduchu, ktorá chráni pacientov a personál; lepšie zdravie a bezpečnosť vďaka efektívnej kontrole kvality vzduchu a teploty |
| Vzdelávacie inštitúcie | Lepšie vzdelávacie prostredie vďaka zlepšenej cirkulácii vzduchu |
Kontrola prostredia
| Elektronika, biotechnológie, potravinárstvo a iné high-tech zariadenia / Čisté priestory | Kontrola teploty a vlhkosti pre špičkovú a náročnú výrobu; klimatizačné vodiace lopatky udržiavajú prísne štandardy prúdenia vzduchu pre výrobu a výskum |
| Športové arény | Komfort a bezpečnosť pre športovcov aj divákov |
Priemyselné a špeciálne aplikácie
| Výstavba a údržba tunelov | Lepšia kvalita vzduchu a bezpečnosť pre pracovníkov v tunelovom prostredí |
| Priemyselné zariadenia | Optimalizácia vzduchovodov; energetická účinnosť; udržateľný rozvoj; nižšie prevádzkové náklady |
| Zlievarne a ťažký priemysel | Energetická účinnosť; nižšie prevádzkové náklady; rekuperácia odpadového tepla; dekarbonizácia a ESG; vysokovýkonné HVAC vzduchovody; tepelný manažment |
| Námorné inžinierstvo | Zlepšené vetranie na lodiach a ponorkách pre komfort posádky a spoľahlivosť zariadení |
| Ťažba a podzemné stavby | Nevyhnutné vetranie pre bane a iné podzemné stavby, znižujúce riziko nebezpečných podmienok |
Každá z týchto aplikácií významne profituje z pokročilého dizajnu a funkčnosti vodiacich lopatiek TunnelTech, ktoré predstavujú skok vpred v efektívnom riadení prúdenia vzduchu. Výberom vodiacich lopatiek TunnelTech s nízkym odporom môžu klienti očakávať, že nielen splnia, ale aj prekonajú ciele výkonnosti svojho systému, a to všetko pri
- •zníženie spotreby energie* až o 30 %
- •zníženie hluku* o 60 %, v porovnaní s bežnými vzduchovodmi.
* Experimentálne výsledky pre geometriu veterného tunela TT45 PRO.
Pre otázky a ďalšie podrobnosti o tom, ako môžu byť naše vodiace lopatky prispôsobené vašim špecifickým potrebám, prosím kontaktujte náš tím. Nechajte TunnelTech byť vaším partnerom pri dosahovaní optimálneho riadenia prúdenia vzduchu.
Inštalácia a údržba
- •Rozmery a špecifikácie
Pred inštaláciou overte rozmery vzduchovodu a špecifikácie vodiacich lopatiek
- •Možnosti montáže
K dispozícii v konfiguráciách na upnutie, priskrutkovanie a privarenie
- •Manipulácia s nákladom
Dodržiavajte pokyny pre manipuláciu s nákladom pre bezpečnú prepravu a umiestnenie
- •Inštalácia krok za krokom
Podrobné pokyny na inštaláciu dodávané s každou dodávkou produktu
- •Plán kontrol
Pravidelné vizuálne kontroly na zabezpečenie zarovnania lopatiek a štrukturálnej integrity
- •Postupy čistenia
Pravidelné čistenie na odstránenie nánosov prachu a nečistôt z povrchov lopatiek
- •Monitorovanie opotrebovania
Monitorujte známky 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 TunnelTech a parametroch vodiacich lopatiek sú k dispozícii v komplexnom technickom liste pokrývajúcom produkty TTE-TSA a TTE-TV. Dokumentácia zahŕňa možnosti dizajnu, miestne odpory pre horizontálne a vertikálne 90-stupňové rohy a hydraulické a teplovýmenné parametre pre chladené vodiace lopatky.
Stiahnuť technický list TTE-TSA (PDF)Referencie a súvisiace publikácie
Ďalšie informácie o návrhu a optimalizácii vodiacich lopatiek pre veterné tunely, priemyselné vzduchovody, HVAC vzduchovody a zariadenia na riadenie prúdenia vzduchu, usmerňovače prúdenia ventilátorov atď. nájdete na nižšie uvedených odkazoch:
- Baals, D.D., a 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, a A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
- Pope, A., a 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. (Anglický preklad: Laws of flow in rough pipes). Technická správa, 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 (Anglický preklad). 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., Štokholm, 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, Ročník 11 Vydanie 4, Február 1939, s. 133-156. doi.org/10.1680/ijoti.1939.13150
- Colebrook, C. F. (Február 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. Londýn. Ročník 12 Vydanie 8, Október 1939, s. 393-422. doi:10.1680/ijoti.1939.14509.
- McKeon, Beverley J., Chris J. Swanson, Mark V. Zagarola, Russell James Donnelly, a 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, a 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. a McFarland, E.R. Wind tunnel turning vanes of modern design. 24th Aerospace Science Meeting. NASA Technical Memorandum, AIAA Paper 86-0044. Reno, Nevada, Január 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, a Fernanda Guimarães Saad. “Low Subsonic Wind Tunnel – Design and Construction.” Journal of Aerospace Technology and Management 10 (26. február 2018). doi.org/10.5028/jatm.v10.716
- Modi, P. P., a S. Jayanti. “Pressure Losses and Flow Maldistribution in Ducts with Sharp Bends.” Chemical Engineering Research and Design 82, č. 3 (2004): 321–31. doi.org/10.1205/026387604322870435
- Kotb, N. A. E., M. R. Mokhtarzadeh-Dehghan, a 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, č. 1 (Január 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: Londýn, UK, 2003; s. 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.
Pozrite si 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