Kotne sekcije zračnih kanalov
Visokozmogljive rešitve usmerjevalnih lopatic za vetrovnike, sisteme HVAC in industrijske aplikacije
Uvod v usmerjevalne lopatice
Na področju upravljanja pretoka zraka igra zasnova kotov kanalov ključno vlogo pri učinkovitosti in funkcionalnosti prezračevanja, sistemov HVAC in vetrovnikov. Ko je zrak prisiljen narediti oster zavoj, kar je pogosto potrebno v sistemih kanalov, naleti na povečan hidravlični upor, kar vodi do večjih izgub tlaka in turbulence. To ne le ogroža učinkovitost sistema, saj zahteva več energije za vzdrževanje pretoka zraka, temveč vpliva tudi na strukturno celovitost sistema kanalov zaradi neenakomernih pritiskov, ki jih povzročajo turbulentni pretoki.
Tu nastopijo usmerjevalne lopatice, znane tudi kot kotne lopatice ali vodilne lopatice (Slika 1). Zasnovane za namestitev v kotih, kotne lopatice kanala omogočajo zraku, da premaga zavoj z minimalnim uporom, kar učinkovito zmanjšuje izgube tlaka in blaži turbulenco brez potrebe po dodatnem prostoru, ki ga zahtevajo gladki zavoji z velikim polmerom. Zaradi tega so usmerjevalne lopatice idealna rešitev za učinkovito upravljanje pretoka zraka v kompaktnem prostoru.
Slika 1. Sklop kotne sekcije z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech
Visokozmogljive sekcije z vodilnimi lopaticami, ki konkurirajo splošnim rešitvam HVAC.
Tradicionalna rešitev za premagovanje omenjenih škodljivih pojavov povečane turbulence, izgube tlaka in hrupa v strmo ukrivljenem kanalu je zasnova radialnih kolen kanala (Slika 2 in Slika 4, primer 2). Ta kolena, čeprav so učinkovita pri določenem ublažitvi turbulence, hrupa in izgub tlaka (ki so pogoste v ostrem zavoju, kot je razvidno na Sliki 4, primer 1), imajo svoj nabor težav.
Več tradicionalnih prezračevalnih sistemov kanalov z zavojem iz gladko ukrivljene pločevine z ukrivljenimi usmerjevalniki pretoka je predstavljenih na Sliki 2 levo. Slika predstavlja nekaj primerov standardnih različic, ki se pogosto uporabljajo v kanalih HVAC, npr. v skladu s standardi za sisteme kanalov DW144.
Takšne rešitve kanalov so pogoste in stroškovno učinkovite za majhne aplikacije v gradbeništvu, malih podjetjih in sistemih HVAC nizke moči, kjer stroški energije niso pomemben dejavnik. Vendar pa ta zasnova ni dobra rešitev za prezračevalne in hladilne sisteme v srednjem in velikem merilu ter pri visokozmogljivi proizvodnji električne energije, metalurgiji, turbostroji, prenosnikih toplote, rekuperaciji odpadne toplote in sodobnih aplikacijah zelene in obnovljive energije, kjer sta hidravlična učinkovitost in prihranek energije nujna.
Vendar pa ni treba vsakič zgraditi po meri narejenega nestandardnega kanala, ko je treba porabo energije hidravličnega omrežja optimizirati do popolnosti. Ista Slika 2 na desni prikazuje različico diagonalne sekcije z vodilnimi lopaticami TunnelTech, ki je energetsko učinkovita, ima nizek hrup in nizko turbulenco, hkrati pa izpolnjuje industrijske standarde za sisteme HVAC, lahko pa se uporablja tudi v velikih in visokozmogljivih industrijskih primerih uporabe. Primer velikega objekta, v katerega je mogoče enostavno integrirati diagonalno sekcijo z usmerjevalnimi lopaticami, je prikazan na Sliki 3.
Slika 2. Tradicionalno srednje veliko gladko koleno HVAC z ločilno lopatico iz pločevine, standard DW144 (levo), in visokozmogljiv diagonalni sklop usmerjevalnih lopatic TunnelTech za standardne zračne kanale (desno).
Slika 3. Velike kotne sekcije zračnih kanalov TunnelTech za vetrovnike, proizvodnjo električne energije in industrijske aplikacije.
Zasnova usmerjevalnih lopatic za zmanjšanje padca tlaka, turbulence in hrupa
Za primerjavo različnih zasnov kotnih sekcij so padci tlaka (ΔP) in s CFD simulirani vzorci pretoka podani na Sliki 4 spodaj. Kot demonstracijski primer sta bila izbrana vstopna hitrost pretoka zraka 20 m/s in kvadratni kanal 2×2 m. Razpon hitrosti 20 m/s je bil izbran za demonstracijske namene, saj profesionalni vertikalni vetrovniki za indoor skydiving običajno večino časa delujejo v načinih, kjer se hitrost pretoka v rotacijski sekciji giblje med 10 in 30 m/s. Izračuni CFD so bili izvedeni za 1 standardno atmosfero pri 20 °C in ničelni vlažnosti zraka s stisljivim plinom in adiabatno steno z hrapavostjo 250 µm. Uporabljena je bila mreža s 6 do 10 milijoni celic na domeno. Na vstopni meji sta bila uporabljena raven vstopni profil in 2 % turbulenca. Turbulenca je bila obravnavana z uporabo modela k-ε.
Opomba! Upoštevajte, da so ilustracije, prikazane na Sliki 4, posamezni primeri, predstavljeni izključno z namenom ponazoritve načel delovanja in primerjave nekaj vrst rotacijskih kotnih sekcij. Teh primerov ni mogoče razlagati kot splošnih za absolutno vsak primer uporabe. Za vsak dejanski prezračevalni sistem ali drugo hidravlično omrežje je treba za vsako računsko točko upoštevati specifične hidravlične parametre, velikost in obliko kanala, hrapavost in strukturne nepravilnosti, nehomogenosti pretoka in natančne fizikalne parametre plina. Takšen izračun za specifičen sistem lahko naročite tako, da stopite v stik z nami.
Opisani so naslednji primeri zasnove:
- Kotna sekcija brez vodilnih lopatic.
- Gladko ukrivljena kotna sekcija (r = ½ višine kanala) z radialno ukrivljenimi usmerjevalniki pretoka. Padec tlaka je odvisen tudi od števila in geometrije distančnikov kanala. Prikazan je primer z minimalnim številom optimalno oblikovanih ločilnih plošč pretoka zraka.
- Preproste radialno ukrivljene tanke plošče (debeline 10-20 mm).
- Tipične neoptimizirane usmerjevalne lopatice najožjih konkurentov.
- Usmerjevalne lopatice TunnelTech (TTE-TV) z optimiziranim profilom.
Najpomembnejša težava okroglo ukrivljenih kanalov z majhnim številom preprostih ukrivljenih ločilnih plošč (ali sploh brez vodilnih lopatic) je vzorec porazdelitve tlaka in hitrosti na izhodu iz kotne sekcije (Slika 4, primer 2, glejte izhodni prerez). Ta vzorec kaže, da se bo hitrost povečala od zunanje stene do notranje stene vsake poddomene pretoka, kar vodi do neenakomernega pretoka, velike turbulence in hrupa. Manjši kot je polmer zavoja, večja je možnost ločitve pretoka, popačenja polja tlaka in hitrosti, ravni hrupa in vrednosti padca tlaka.
Edini način za premagovanje teh težav je velik polmer ukrivljenosti takšne kotne sekcije in povečanje števila vodilnih lopatic za pretok zraka. Tu nastopi druga težava – povečan prostor, potreben za namestitev takšnih zavojev, in stroški materiala za več radialnih distančnikov zračnega kanala, dimenzioniranih glede na prerez kanala. V velikih sistemih kanalov lahko izvedba gladkih zavojev z velikim polmerom privede do nerazumno velikih struktur, zaradi česar je ta pristop v mnogih scenarijih nepraktičen, zlasti tam, kjer primanjkuje prostora. Dodaten potreben prostor je prikazan s črtkanimi črtami na Sliki 4, primer 2 spodaj. Višino in širino vsakega zavoja je treba povečati za najmanj ½ velikosti kanala. Za recirkulacijske vetrovnike to pomeni povečanje dimenzij zgradbe za več metrov v vsako smer, kar vodi do višjih stroškov sistema kanalov in višjih kapitalskih naložb. Poleg tega bo vsak delilnik pretoka stal enako kot stena kanala.
Slika 4. Kotne sekcije v sistemu kanalov - primerjava zasnove in zmogljivosti
Optimalna rešitev za vetrovnike in industrijsko prezračevanje so kotne sekcije z usmerjevalnimi lopaticami s profilom krila, razporejenimi po diagonali, kot je prikazano na Sliki 4, primeri 3-5.
Vse zgornje slike CFD ustrezajo kotni sekciji zračnega kanala z vstopno odprtino 2x2 m pri hitrosti pretoka zraka 20 m/s, kot primer, ki je najbolj relevanten za primere uporabe v vetrovnikih za indoor skydiving in podzvočnih vetrovnikih z nizko hitrostjo.
Slika 4, primer 3 prikazuje kotno sekcijo s preprostimi vodilnimi lopaticami iz tankih ukrivljenih pločevin. Slika 4, primer 4 je najboljši primer usmerjevalnih lopatic, ki so na voljo pri najožjih konkurentih podjetja TunnelTech. Obe imata manjšo dolžino tetive in neoptimizirano obliko aeroprofila, kar povzroči preostalo neenakomernost pretoka na izhodu iz sekcije, večji aerodinamični upor in hrup v zračnem kanalu. Tanke lopatice iz preprostih ukrivljenih pločevin običajno presegajo dovoljene ravni hrupa že pri nizki hitrosti zraka, možnost z debelim in kratkim profilom z nizkim razmerjem med tetivo in debelino pa bo imela tudi manjšo površino, kar je nezaželeno v aplikacijah, kjer se za prenos toplote uporabljajo hlajene usmerjevalne lopatice.
V spodnjem delu Slike 4, primer 5 je prikazan kot zračnega kanala, opremljen z visokozmogljivimi usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech (za naročanje glejte naslednjo številko dela: TTE-TV-90). Kot je razvidno iz prerezov, je pretok bolj enakomeren v primeru pravilno profiliranih vodilnih lopatic, kar vodi do manjšega padca tlaka in nizke turbulence.
Profil izhodnega tlaka/hitrosti zraka je pri kotnih sekcijah TunnelTech, opremljenih z lopaticami z dolgo tetivo, prav tako veliko boljši kot v drugih primerih. To se odraža v neprekosljivi aerodinamični kakovosti TunnelTech, kar potrjujejo številne ocene profesionalnih padalcev in drugih strank.
Vsi zgoraj obravnavani podatki, vključno z dolžino tetive in možnostmi hlajenja, so na voljo tudi v <strong>Tabeli 1</strong>.
| Primer / Vrsta lopatice | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Dolžina tetive (mm) | Hlajenje |
|---|---|---|---|---|
| 1. Brez lopatic, oster zavoj | 114 | 0.47 | — | Ne |
| 2. Gladko ukrivljena kotna sekcija | 41 | 0.17 | > 2000 | Ne |
| 3. Preproste radialno ukrivljene tanke plošče | 80 | 0.33 | 250–500 | Ne |
| 4. Usmerjevalne lopatice najožjih konkurentov | 88 | 0.37 | 280 | Da |
| 5. Optimizirane usmerjevalne lopatice TunnelTech | 57 | 0.24 | 500 | Da |
Vrednosti koeficienta hidravličnih izgub za razpon hitrosti do 100 m/s za kotno sekcijo kanala z lopaticami TunnelTech in konkurenčnimi lopaticami, brez variacij zaradi izbire začetnih podatkov, so podane na Sliki 5.
Več podrobnosti o hidravličnih izgubah vzdolž dolžine kanala, lokalnem uporu in skupnem koeficientu hidravličnih izgub je podanih v nadaljevanju.
Slika 5. Primerjava kotne sekcije TunnelTech in konkurence. Darcy-Weisbachov koeficient hidravličnih izgub za enako geometrijo in začetne pogoje izračuna.
Zmanjševanje turbulence za zanesljive izračune hidravlične in strukturne varnosti
Slika 6. Lestvica turbulence kotne sekcije z lopaticami TunnelTech (m) pri 20 m/s
Gladek in predvidljiv profil tlaka/hitrosti je še posebej pomemben za aplikacije, kjer visoka turbulenca ali ločitev pretoka nista sprejemljivi, kot so eksperimentalni vetrovniki, objekti za indoor skydiving in visokozmogljive aplikacije. Ti parazitski pojavi, pa tudi pulzacije tlaka, ki jih povzročata ločitev pretoka in obsežna turbulenca, so prav tako nesprejemljivi v napravah, ki zahtevajo odsotnost akustično povzročenih vibracij in kjer kakršna koli odstopanja statičnega tlaka niso dovoljena zaradi zahtev po strukturni stabilnosti zračnega kanala. Poleg tega so ti turbulentni pretoki pogost vir hrupa, kar še dodatno zmanjšuje splošno zmogljivost sistema in udobje, ki ga zagotavlja končnim uporabnikom.
Upoštevati je treba tudi, da se nepravilnosti pretoka običajno še naprej razvijajo in krepijo, če se ne uporabljajo posebni usmerjevalniki, satovja, mreže za deturbulizacijo ali druge naprave za upravljanje pretoka zraka [1-3]. Natančna plinsko-dinamična analiza zahteva izračun upora vsakega naslednjega elementa zračnega kanala ob upoštevanju dejanskega profila vstopnega tlaka/hitrosti, ki nastane v prejšnjem elementu hidravličnega omrežja. Pri dolgih hidravličnih omrežjih pogosto ni mogoče izvesti simulacije CFD celotnega sistema zaradi ogromnih dimenzij. V takšni situaciji se uporabljajo približni polempirični izračuni, ki vključujejo brezdimenzijska števila tekočin in geometrijske kriterije [4], ali programska oprema, ki temelji na takšnih metodah. Prav tako se modeliranje FEA za določanje strukturne stabilnosti kanala običajno izvaja s stabilnim poljem statičnega tlaka, ki deluje na stene kanala. Tako lahko hude nepravilnosti pretoka, ki se razvijejo v smeri toka, vnesejo napako tudi v varnostno kritične preiskave nosilnih struktur.
Približne metode se običajno ne ukvarjajo s popačenjem profila hitrosti na vstopu v element hidravličnega omrežja in v najboljšem primeru upoštevajo, ali je profil razvit ali še ne razvit (enakomeren), ter parametre mejne plasti. V vetrovnikih in industrijskih prezračevalnih sistemih lahko vsak zavoj pretoka povzroči neenakomernost in močno vrtinčenje pretoka, kar vodi do negotovosti pri izračunih hidravličnega upora v dolgih hidravličnih omrežjih. Zato se je treba, kjer je to mogoče, izogibati pojavu velikih nepravilnosti profila hitrosti.
Na Sliki 6 in iz zgoraj prikazanega je razvidno, da so parametri kotnih sekcij z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech takšni, da ne ustvarjajo dodatnih motenj pretoka, temveč se lahko uporabijo tudi za dušenje vrtincev in neenakomernosti v smeri toka za kotno sekcijo. Tako lahko rotacijska sekcija z lopaticami TunnelTech deluje tudi kot učinkovit usmerjevalnik pretoka, če je nameščena za aksialnim ventilatorjem, difuzorjem kanala, prenosnikom toplote, testno sekcijo, odcepom ali priključkom v kanal ali katerim koli drugim objektom, ki ustvarja turbulenco.
Koeficient lokalnega upora
Karakteristike lokalnega upora kotne sekcije je mogoče izračunati z uporabo znane Darcy-Weisbachove enačbe:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kjer je:
- ΔP – skupne izgube tlaka (padec tlaka) v Pa;
- ξ – koeficient lokalnega upora (Darcy-Weisbach);
- ρ – gostota tekočine (kg/m³);
- V – hitrost tekočine na vstopnem prerezu (m/s).
Ti parametri, ki določajo energetsko učinkovitost zračnega kanala, so močno odvisni od zasnove usmerjevalnih lopatic.
V skladu s [4] je mogoče skupni upor kompleksnega hidravličnega elementa predstaviti kot vsoto dolžinskega upora trenja ξL in lokalnega upora ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
Za premočrten zračni kanal je dolžinski upor sorazmeren z dolžino in obratno sorazmeren s hidravličnim premerom, kar je izraženo s formulo:
ξL = (L / D) · f
kjer je f Darcyjev faktor trenja.
V primeru cevi preprostih oblik (npr. okrogle, kvadratne, šesterokotne) je mogoče f izraziti z nelinearno odvisnostjo samo od Reynoldsovega števila – glejte Poglavje 2 v [4] ali https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Faktor trenja f za preprosto okroglo cev (okrogel kanal) z gladkimi stenami, z razvitim stabiliziranim profilom pretoka na vstopu in za turbulentni režim (Reynoldsova števila Re > 4×103) je mogoče izračunati po formuli:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Pri dejanskih kanalih je treba upoštevati tudi hrapavost.
Slika 7 spodaj prikazuje graf Darcyjevega faktorja trenja v odvisnosti od Reynoldsovega števila Re za različne relativne hrapavosti sten, ki ga je prvi objavil Nikuradze v [5-8]. Ta graf je znan tudi kot Moodyjev diagram [9] ali Colebrook-Whiteova korelacija [10-11]. Sodobno študijo za gladke cevi je mogoče najti v [12].
Ta diagram prikazuje kompleksno odvisnost f(Re) za okroglo cev z različno hrapavostjo. Za kvadratne in druge neokrogle cevi bo diagram bolj zapleten. Zato je treba upoštevati režime pretoka (Reynoldsovo število), obliko kanala in relativno hrapavost stene.
Slika 7. Moodyjev (tudi Nikuradzejev) diagram, ki prikazuje Darcy-Weissbachov faktor trenja fD v odvisnosti od Reynoldsovega števila Re za različne relativne hrapavosti – Originalni diagram: S Beck in R Collins, Univerza v Sheffieldu, deljeno pod CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
V primeru dejanskih hrapavih kanalov je še vedno mogoče predstaviti skupni upor kot vsoto ξSUM = ξL + ξ0 dolžinskega upora in lokalnega upora.
Ta predstavitev vsote poenostavi preučevanje parametrov kanala, saj je mogoče lokalni upor ξ0 izračunati za poenostavljeno geometrijo elementa – na primer v periodični formulaciji problema z manjšo računsko domeno ali v 2D različici problema. Upoštevajte ogromno velikost računske domene primerov, prikazanih na Sliki 4, kjer ima sekcija višino 3 in dolžino 18 metrov, konvergenca mreže pa se začne ustrezno kazati pri velikosti več kot 10 milijonov elementov mreže. Različica formulacije problema s periodičnimi ali 2D pogoji za te primere bi lahko imela za red velikosti manjše število elementov mreže, poenostavljen izračun vsake točke hitrosti za graf ΔP(v) pa bi trajal le nekaj minut ali celo sekund namesto ur.
Tako lahko razdelitev na vsoto dveh uporov znatno poenostavi izračune – hitro je mogoče določiti lokalni upor ξ0 in nato dodati dolžinski upor ξL. Slednjega je mogoče hitro oceniti iz znanih tabel ali s približnimi formulami z uporabo poenostavljenih enačb, ki temeljijo na brezdimenzijskih številih in parametrih geometrije zračnega kanala. Za hidravlične elemente in elemente omrežja kanalov z nenadnimi spremembami smeri pretoka (kotna kolena, gladki zavoji, zavoji pod različnimi koti z in brez usmerjevalnih lopatic) sta podoben pristop in metoda predstavljena v poglavjih 6-1 in 6-2 v obsežnem Priročniku hidravličnega upora [4].
Poudarki izdelka
Usmerjevalne lopatice za pretok zraka podjetja TunnelTech (izdelek TTE-TV) so v ospredju te tehnologije in ponujajo neprimerljivo učinkovitost pri upravljanju pretoka zraka. Naši izdelki so zasnovani za širok spekter aplikacij, od objektov za indoor skydiving in vetrovnikov do sistemov HVAC in prezračevalnih sistemov, ter poosebljajo vrhunsko aerodinamično zasnovo in energetsko učinkovitost.
Zmogljivost sekcije z usmerjevalnimi lopaticami v zračnih kanalih
Visokozmogljive usmerjevalne lopatice za pretok zraka podjetja TunnelTech postavljajo industrijski standard za moč in aerodinamično učinkovitost. Naše energetsko varčne usmerjevalne lopatice so zasnovane tako, da zmanjšujejo aerodinamično trenje, zagotavljajo gladek pretok zraka in zmanjšujejo porabo energije.
Usmerjevalne lopatice TunnelTech imajo odlične karakteristike lokalnega upora zračnega kanala. Parametri upora, izračunani z uporabo Darcy-Weisbachove enačbe, kot je opisano zgoraj, so predstavljeni na naslednjih slikah (glejte Sliko 8 spodaj) in v Podatkovnem listu usmerjevalnih lopatic.
Na splošno so za primer, ko velikost kanala ni znana, podane vrednosti za idealiziran element s periodičnimi stranskimi robnimi pogoji, brez upoštevanja prispevka dodatnega upora stene vzdolž dolžine, hrapavosti in vpliva drugih lokalnih parametrov. Na Sliki 8 so podane vrednosti za idealiziran rotacijski kotni element z lopaticami TunnelTech, ki je bil izračunan v približku neskončnega periodičnega zaporedja sklada 15 lopatic s periodičnimi robnimi pogoji.
Slika 8. Koeficient lokalnega upora usmerjevalne lopatice TunnelTech in ustrezen padec tlaka.
Če je sistem HVAC ali drug hidravlični sistem sestavljen iz kanalov, ki na splošno ne spreminjajo oblike preseka pretočnega območja vzdolž poti pretoka, je za približne izračune priročno oceniti specifični upor na enoto dolžine (kar je seveda treba oceniti za celotno območje hitrosti):
KL = ξL / L = f / Dh
kjer je Dh hidravlični premer kanala. Vrednost KL je enostavno določiti iz priročnikov, kot je razpravljano zgoraj. Tako je z množenjem tega z dolžino in dodajanjem vrednosti lokalnega upora ξ0, pridobljenih iz podatkovnih listov ali izračunanih neodvisno, mogoče hitro oceniti skupno izgubo tlaka v sistemu.
ξSUM = KL · L + ξ0
Zgornji ilustrativni primeri, prikazani na Sliki 4, kvadratnega kanala 2×2 metra s parametri plina in hrapavostjo, uporabljenimi v izračunu, imajo specifični upor na enoto dolžine reda velikosti K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2,1 Pa. Ta vrednost velja pri ocenjevanju kvadratnega kanala brez upoštevanja zavojev, lopatic ali druge notranje opreme. Za celotno dolžino 21 metrov, ki jo zračna masa prepotuje vzdolž kanala, bo padec tlaka ~44 paskalov. Če temu dodamo vrednost, prikazano na Sliki 8 (11 Pa za hitrost 20 m/s, vzeto v skladu s podatkovnim listom usmerjevalnih lopatic (Tabela A.2.1)), dobimo skupni upor 55 Pa za dejansko kvadratno sekcijo kanala 2×2 z rotacijskimi lopaticami v njem. Ta vrednost se dobro ujema z vrednostjo, prikazano na Sliki 4, primer 5.
Več informacij o približnih načinih izračuna uporov kanalov katere koli oblike brez uporabe metod CFD je mogoče zlahka najti v <a href="#references">[4]</a> ali podobni literaturi.
Opomba! Upoštevajte, da so primeri, prikazani na Sliki 4, le poseben primer za prikaz delovanja rotacijskih lopatic in jih ni mogoče uporabiti za oceno poljubnega kanala! Slika 8 je uporabna v širšem kontekstu, vendar je treba upoštevati specifične parametre kanala stranke. Vsak specifičen sistem potrebuje podrobno analizo, ki jo lahko naročite pri podjetju TunnelTech. Za natančen izračun hidravličnega upora kanala in strokovno oceno porabe energije vaše prezračevalne opreme ali opreme vetrovnika stopite v stik z nami.
Dodatne informacije o storitvah ter raziskavah in razvoju najdete tudi na strani Tehnologija in v razdelku Storitve.
Usmerjevalne lopatice za industrijsko hlajenje in ogrevanje
Naši izdelki so edinstveni med vodilnimi lopaticami za industrijske zračne kanale, saj ponujajo možnost kroženja hladilne tekočine pri visokem pretoku, kar omogoča učinkovito hlajenje ali ogrevanje zraka, ko ta prehaja skozi kanal. Ta funkcija odpira nove možnosti pri toplotni regulaciji za uporabo lopatic za nadzor notranje klime in v zračne kanale integriranih prenosnikov toplote z nizkim uporom, kar našim strankam zagotavlja vsestranske rešitve za njihove potrebe po pretoku zraka.
Ocenjene z uporabo metode izračuna HTCL (koeficient prenosa toplote na tekoči meter), ki kvantificira toplotni tok (v vatih) na meter dolžine usmerjevalne lopatice za vsak Kelvin logaritemske srednje temperaturne razlike (ΔTLMTD) med zunanjim zrakom in hladilno tekočino kotne lopatice, so naše vodilne lopatice zasnovane za učinkovito odvajanje toplote v različnih pogojih pretoka zraka, kar zagotavlja stabilno delovanje in regulacijo temperature.
Parametri koeficienta prenosa toplote za vodno hlajene usmerjevalne lopatice so predstavljeni na Sliki 9, tako za vlažen kot za suh zrak, kjer ΔP [kPa] predstavlja razliko v tlaku vode med vstopnimi in izstopnimi priključki lopatice (modra in rdeča na Sliki 10).
Slika 10. Hladilni kanali usmerjevalnih lopatic
Slika 9. Koeficient HTCL. Suh (RH=0 %) in vlažen zrak (RH=90 % pri 30 °C) pri različnih razlikah v tlaku hladilne tekočine (vode) med vstopnimi in izstopnimi priključki hladilnega kanala.
Usmerjevalne lopatice za rekuperacijo odpadne toplote
Hlajene usmerjevalne lopatice z integriranimi kanali za izmenjavo toplote ponujajo vsestransko rešitev za rekuperacijo odpadne toplote v različnih aplikacijah. Ko so te lopatice integrirane v sisteme za izmenjavo toplote, lahko zajamejo odvečno toplotno energijo, ki bi se sicer izgubila, in jo prenesejo v sisteme za rekuperacijo toplote, s čimer se znatno poveča splošna učinkovitost sistema.
V praktičnih aplikacijah se lahko ta tehnologija uporablja na več področjih. Na primer, v industrijskih procesih lahko hlajene usmerjevalne lopatice rekuperirajo odpadno toploto iz izpušnih plinov in jo preusmerijo za predgretje vhodnih tekočin ali zraka, s čimer se zmanjša poraba energije. V sistemih HVAC se podobna načela uporabljajo prek naprav, kot so ventilatorji z rekuperacijo toplote (HRV) in ventilatorji z rekuperacijo energije (ERV), ki prenašajo toploto med izpušnimi in vhodnimi zračnimi tokovi. Ta proces zmanjšuje energijo, potrebno za ogrevanje ali hlajenje vhodnega zraka, kar vodi do znatnih prihrankov energije.
Poleg tega je mogoče hlajene usmerjevalne lopatice integrirati v sisteme, ki se uporabljajo v sektorjih proizvodnje električne energije in obnovljivih virov energije. Na primer, v sistemih za soproizvodnjo toplote in električne energije (CHP) se odpadna toplota iz proizvodnje električne energije rekuperira in uporabi za ogrevanje, kar izboljša splošno učinkovitost sistema. V geotermalnih energetskih sistemih lahko te lopatice pomagajo upravljati toplotno energijo, pridobljeno iz zemlje, in optimizirajo procese prenosa toplote.
V pobudah za zeleno in obnovljivo energijo igra rekuperacija odpadne toplote ključno vlogo pri zmanjševanju ogljičnega odtisa in povečanju trajnosti energetskih sistemov. Ta pristop je v skladu z načeli vitke proizvodnje z izboljšanjem učinkovitosti virov in zmanjšanjem obratovalnih stroškov z učinkovitim upravljanjem toplote. Poleg tega vključevanje takšnih tehnologij v projekte ESG dokazuje zavezanost k zmanjševanju vpliva na okolje in optimizaciji uporabe virov, kar je v skladu s širšimi cilji trajnosti.
Rekuperacija toplote – Povezani projekti
TunnelTech ima bogate izkušnje pri izvajanju projektov, ki vključujejo izmenjavo toplote in sisteme HVAC, zasnovane za rekuperacijo odpadne toplote z uporabo hlajenih usmerjevalnih lopatic. Z integracijo teh lopatic v sisteme za izmenjavo toplote, ki so zasnovani za zajemanje in ponovno uporabo toplotne energije, ki bi se sicer izgubila, TunnelTech omogoča učinkovitejšo rekuperacijo odpadne toplote iz različnih industrijskih in komercialnih procesov. Ta pristop ne le izboljšuje energetsko učinkovitost, temveč tudi podpira cilje trajnosti z zmanjšanjem porabe energije in obratovalnih stroškov.
Aplikacije
Naše usmerjevalne lopatice služijo širokemu spektru industrij in aplikacij
Sistemi HVAC
| Poslovne stavbe | Optimizacija sistemov kanalov; Energetska učinkovitost; Zmanjšanje obratovalnih stroškov; Izboljšanje zdravja in varnosti z učinkovitim upravljanjem kakovosti in temperature zraka; |
| Stanovanjski kompleksi | Zagotovite udobna bivalna okolja z optimalno kakovostjo in pretokom zraka; Izboljšanje zdravja in varnosti; |
| Podatkovni centri | Usmerjevalne lopatice za toplotno upravljanje ohranjajo kritične ravni temperature in vlažnosti za zmogljivost in življenjsko dobo strežnikov; |
Prezračevalni sistemi v gradbeništvu
| Bolnišnice in zdravstvene ustanove | Tiho delujoče usmerjevalne lopatice zagotavljajo ključen nadzor kakovosti zraka za zaščito pacientov in osebja; Izboljšanje zdravja in varnosti z učinkovitim upravljanjem kakovosti in temperature zraka |
| Izobraževalne ustanove | Ustvarite ugodna učna okolja z izboljšanim kroženjem zraka |
Okoljski nadzor
| Elektronika, biotehnologija, živilska tehnologija in drugi visokotehnološki objekti / Čiste sobe | Uravnavanje temperature in vlažnosti za visokotehnološko in zahtevno proizvodnjo; Usmerjevalne lopatice za klimatizacijo ohranjajo stroge standarde pretoka zraka za proizvodnjo in raziskave |
| Športne dvorane | Zagotovite udobje in varnost tako za športnike kot za gledalce |
Industrijske in specializirane aplikacije
| Gradnja in vzdrževanje predorov | Izboljšajte kakovost zraka in varnost delavcev v predorih; |
| Industrijski objekti | Optimizacija sistemov kanalov; Energetska učinkovitost; Trajnostni razvoj; Zmanjšanje obratovalnih stroškov; |
| Livarne in industrijski objekti za težke pogoje | Energetska učinkovitost; Zmanjšanje obratovalnih stroškov; Rekuperacija odpadne toplote; Razogljičenje in ESG; Zračni kanali HVAC za težke pogoje; Toplotno upravljanje; |
| Pomorsko inženirstvo | Izboljšajte prezračevalne sisteme na ladjah in podmornicah za udobje posadke in zanesljivost opreme; |
| Rudarstvo in podzemna gradnja | Zagotovite ključno prezračevanje rudnikov in drugih podzemnih objektov ter zmanjšajte tveganje nevarnih pogojev; |
Vsaka od teh aplikacij ima znatne koristi od napredne zasnove in funkcionalnosti usmerjevalnih lopatic TunnelTech, kar predstavlja preskok v učinkovitem upravljanju pretoka zraka. Z izbiro usmerjevalnih lopatic TunnelTech z nizkim zračnim uporom lahko stranke pričakujejo, da ne bodo le dosegle, temveč presegle cilje zmogljivosti svojih sistemov, pri tem pa
- •zmanjšanje porabe energije * za do 30 %
- •zmanjšanje hrupa * za 60 %, v primerjavi s konvencionalnimi zračnimi kanali.
* – eksperimentalni rezultati za geometrijo vetrovnika TT45 PRO.
Za povpraševanja in več podrobnosti o tem, kako lahko naše usmerjevalne lopatice prilagodimo vašim specifičnim potrebam, stopite v stik z našo ekipo. Naj bo TunnelTech vaš partner pri doseganju optimalnih rešitev za upravljanje pretoka zraka.
Namestitev in vzdrževanje
- •Dimenzije in specifikacije
Pred namestitvijo preverite dimenzije kanala in specifikacije usmerjevalnih lopatic
- •Možnosti montaže
Na voljo v konfiguracijah s sponkami, vijaki in za varjenje
- •Ravnanje s tovorom
Upoštevajte smernice za ravnanje s tovorom za varen transport in pozicioniranje
- •Namestitev po korakih
Podrobna navodila za namestitev so priložena vsaki dobavi izdelka
- •Urnik pregledov
Redni vizualni pregledi za zagotovitev poravnave lopatic in strukturne celovitosti
- •Postopki čiščenja
Redno čiščenje za odstranjevanje nabranega prahu in umazanije s površin lopatic
- •Spremljanje obrabe
Spremljajte znake korozije, erozije ali mehanskih poškodb
- •Vodnik za odpravljanje težav
Odpravljanje pogostih težav, kot so vibracije, hrup ali zmanjšana učinkovitost pretoka zraka
Dokumentacija
Tehnične informacije o sklopih kotnih sekcij vetrovnikov TunnelTech in parametrih usmerjevalnih lopatic so na voljo v obsežnem podatkovnem listu za izdelka TTE-TSA in TTE-TV. Dokumentacija vsebuje informacije o možnostih zasnove, lokalnih uporih za vodoravne in vertikalne 90-stopinjske kote za preusmeritev pretoka ter hidravlične parametre in parametre prenosa toplote za hlajene usmerjevalne lopatice.
Prenesite podatkovni list TTE-TSA (PDF)Reference in sorodne publikacije
Dodatne informacije o zasnovi in optimizaciji rotacijskih lopatic za vetrovnike, industrijske sisteme kanalov, kanale HVAC in opremo za upravljanje pretoka zraka, usmerjevalnike ventilatorjev itd. najdete na spodnjih povezavah:
- Baals, D.D., in 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 in A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
- Pope, A. in 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. (Angleški prevod: Laws of flow in rough pipes). Tehnično poročilo, 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 (Angleški prevod). 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, Letnik 11, Številka 4, februar 1939, str. 133-156. doi.org/10.1680/ijoti.1939.13150
- Colebrook, C. F. (februar 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. Letnik 12, Številka 8, oktober 1939, str. 393-422. doi:10.1680/ijoti.1939.14509.
- McKeon, Beverley J., Chris J. Swanson, Mark V. Zagarola, Russell James Donnelly in 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 in Jose Mathew. “Fundamentals of Wind-Tunnel Design.” V 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. in McFarland, E.R. Wind tunnel turning vanes of modern design. 24th Aerospace Science Meeting. NASA Technical Memorandum, AIAA Paper 86-0044. Reno, Nevada, januar 1986. semanticscholar.org
- Schirf, Collin. “Optimization of Expanding Turning Vanes by Bezier Curve Parameterization,” Magistrska naloga, Univerza v Marylandu, 2019. doi.org/10.13016/5x1x-gxhz
- Almeida, Odenir De, Frederico Carnevalli De Miranda, Olivio Ferreira Neto in Fernanda Guimarães Saad. “Low Subsonic Wind Tunnel – Design and Construction.” Journal of Aerospace Technology and Management 10 (26. februar 2018). doi.org/10.5028/jatm.v10.716
- Modi, P. P. in S. Jayanti. “Pressure Losses and Flow Maldistribution in Ducts with Sharp Bends.” Chemical Engineering Research and Design 82, št. 3 (2004): 321–31. doi.org/10.1205/026387604322870435
- Kotb, N. A. E., M. R. Mokhtarzadeh-Dehghan in 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, št. 1 (januar 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; str. 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.
Glejte tudi:
- Moodyjev diagram: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Faktor trenja: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Izguba zaradi trenja: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss