Uvod v usmerjevalne lopatice
Pri upravljanju pretoka zraka igra zasnova kotov kanalov ključno vlogo pri učinkovitosti in zmogljivosti prezračevalnih in HVAC sistemov ter vetrovnikov. Ko je zrak potisnjen skozi oster zavoj, kar je v sistemih kanalov pogosto neizogibno, naleti na povečan hidravlični upor, kar vodi do večjih padcev tlaka in turbulence. To ne le zmanjšuje učinkovitost sistema, saj je za vzdrževanje pretoka zraka potrebno več energije, temveč vpliva tudi na strukturno celovitost kanalov zaradi neenakomernih tlačnih obremenitev, ki jih povzroča turbulenten pretok.
Tu nastopijo usmerjevalne lopatice (sl. 1). Nameščene znotraj kota, usmerjevalne lopatice vodijo zrak skozi zavoj z minimalnim uporom, kar zmanjšuje padce tlaka in turbulenco brez dodatnega prostora, ki ga zahteva zavoj z gladkim polmerom. Zaradi tega so usmerjevalne lopatice idealna rešitev za učinkovito upravljanje pretoka zraka v kompaktnem prostoru.
Sl. 1. Sklop kotnega segmenta z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech
Visokozmogljivi segmenti z usmerjevalnimi lopaticami kot alternativa splošnim rešitvam HVAC.
Tradicionalni način za zmanjšanje turbulence, padca tlaka in hrupa v ostro ukrivljenem kanalu je koleno z radijem (sl. 2 in sl. 4, primer 2). Čeprav kolena z radijem delno ublažijo turbulenco, hrup in padce tlaka, značilne za oster zavoj (glejte sl. 4, primer 1), prinašajo lastne težave.
Več konvencionalnih zavojev kanalov HVAC, izdelanih iz gladko ukrivljene pločevine z ukrivljenimi delilnimi lopaticami, je prikazanih na sl. 2 levo. To so tipične standardne različice, ki se pogosto uporabljajo v sistemih kanalov HVAC, npr. v skladu s standardom za kanale DW144.
Takšne komponente kanalov so pogoste in stroškovno učinkovite za majhne aplikacije v gradbeništvu, majhnih podjetjih in sistemih HVAC majhne moči, kjer stroški energije niso pomemben dejavnik. Vendar ta zasnova ni dobra rešitev za prezračevalne in hladilne sisteme v srednje velikih in velikih aplikacijah z visoko zmogljivostjo – proizvodnja električne energije, metalurgija, turbostroji, prenosniki toplote, rekuperacija odpadne toplote ter sodobna zelena in obnovljiva energija – kjer sta hidravlična učinkovitost in prihranek energije nujna.
Vendar ni treba vsakič zgraditi po meri narejenega, nestandardnega kanala, ko je treba v celoti optimizirati porabo energije hidravličnega omrežja. Ista slika 2, na desni, prikazuje različico diagonalnega kotnega segmenta z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech, ki je energetsko učinkovit, z nizkim hrupom in nizko turbulenco, izpolnjuje industrijske standarde za sisteme HVAC in se lahko uporablja tudi v velikih industrijskih aplikacijah z visoko močjo. Primer velikega objekta, v katerega je mogoče enostavno integrirati diagonalni segment z usmerjevalnimi lopaticami, je prikazan na sl. 3.
Sl. 2. Konvencionalno gladko koleno HVAC srednje velikosti z delilno lopatico iz pločevine po standardu DW144 (levo) in visokozmogljiv diagonalni sklop usmerjevalnih lopatic TunnelTech za standardne zračne kanale (desno).
Sl. 3. Veliki kotni segmenti z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech za zračne kanale v vetrovnikih, proizvodnji električne energije in industrijskih aplikacijah.
Zasnova usmerjevalnih lopatic za zmanjšanje padca tlaka, turbulence in hrupa
Za primerjavo različnih zasnov kotnih segmentov so padci tlaka (ΔP) in s CFD simulirani vzorci pretoka podani na sl. 4 spodaj. Kot demonstracijski primer sta bila izbrana vstopna hitrost pretoka zraka 20 m/s in kvadratni kanal 2×2 m. Hitrost 20 m/s je bila izbrana, ker profesionalni vertikalni vetrovniki za dvoransko padalstvo običajno večino časa delujejo v načinih, kjer je hitrost pretoka v kotnem segmentu med 10 in 30 m/s. CFD izračuni so bili izvedeni pri 1 standardni atmosferi, 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 modelirana z uporabo k-ε modela.
Opomba: Ilustracije na sliki 4 so specifični primeri, predstavljeni izključno za ponazoritev načel delovanja in za primerjavo nekaj vrst kotnih segmentov z usmerjevalnimi lopaticami. Ne morejo se obravnavati kot splošni rezultati za vsak primer uporabe. Za vsak dejanski prezračevalni sistem ali drugo hidravlično omrežje je treba na vsaki računski točki upoštevati specifične hidravlične parametre, velikost in obliko kanala, hrapavost in strukturne nepravilnosti, neenakomernosti pretoka in natančne fizikalne lastnosti plina. Takšen izračun za specifičen sistem lahko naročite tako, da stopite v stik z nami.
Prikazani so naslednji primeri zasnove:
- Kotni segment brez usmerjevalnih lopatic.
- Gladko ukrivljen kotni segment (r = ½ višine kanala) z radialno ukrivljenimi delilnimi lopaticami. Padec tlaka je odvisen tudi od števila in geometrije delilnikov. Primer prikazuje minimalno število optimalno oblikovanih delilnih plošč.
- Preproste radialno ukrivljene tanke plošče (debeline 10–20 mm).
- Tipične neoptimizirane usmerjevalne lopatice naših najožjih konkurentov.
- Usmerjevalne lopatice TunnelTech (TTE-TV) z optimiziranim profilom.
Najpomembnejša težava pri ukrivljenih kanalih, ki imajo majhno število preprostih delilnikov iz ukrivljene pločevine (ali sploh nimajo lopatic), je porazdelitev tlaka in hitrosti na izhodu iz kotnega segmenta (sl. 4, primer 2, glejte izhodni presek). Hitrost se povečuje od zunanje stene proti notranji steni vsakega podkanala pretoka, kar povzroča neenakomeren pretok, močno turbulenco in hrup. Manjši kot je polmer zavoja, večje je tveganje za odcepitev pretoka, popačenje polj tlaka in hitrosti, večji hrup in večji padec tlaka.
Edini način za premagovanje teh težav je velik polmer ukrivljenosti kotnega segmenta in večje število delilnih lopatic. To ustvarja drugo težavo – dodaten prostor, potreben za namestitev takšnih zavojev, in strošek materiala za več ukrivljenih delilnikov, dimenzioniranih glede na presek kanala. V velikih sistemih kanalov lahko zavoji z gladkim polmerom privedejo do nerazumno velikih struktur, zaradi česar je ta pristop v mnogih primerih nepraktičen, zlasti tam, kjer primanjkuje prostora. Dodaten potreben prostor je prikazan s črtkanimi črtami na sl. 4, primer 2 spodaj. Višino in širino vsakega zavoja je treba povečati za vsaj ½ velikosti kanala. Za recirkulacijske vetrovnike to pomeni povečanje dimenzij zgradbe za več metrov v vsako smer, kar povečuje stroške zračnih kanalov in kapitalske naložbe. Poleg tega vsak delilnik stane toliko kot sama stena kanala.
Sl. 4. Kotni segmenti v zračnih kanalih – primerjava zasnove in zmogljivosti
Optimalna rešitev za vetrovnike in industrijsko prezračevanje je diagonalna kaskada usmerjevalnih lopatic z aeroprofilom, kot je prikazano na sliki 4, primeri 3–5.
Vse zgornje CFD slike so za kotni segment zračnega kanala z vstopno odprtino 2×2 m pri hitrosti pretoka zraka 20 m/s, kot primer – primer, ki je najbolj relevanten za dvoransko padalstvo in nizkohitrostne podzvočne vetrovnike.
Slika 4, primer 3 prikazuje kotni segment s preprostimi lopaticami iz tanke ukrivljene pločevine. Sl. 4, primer 4 prikazuje najboljše usmerjevalne lopatice, ki jih ponujajo najožji konkurenti podjetja TunnelTech. Oboje imajo krajšo tetivo in neoptimizirano obliko aeroprofila, kar povzroči očitno preostalo neenakomernost pretoka na izhodu iz segmenta, večji aerodinamični upor in večji hrup v kanalu. Tanke lopatice iz preproste ukrivljene pločevine običajno presegajo dovoljene ravni hrupa že pri nizki hitrosti zraka, debel in kratek profil z nizkim razmerjem med tetivo in debelino pa ima tudi manjšo površino, kar je pomanjkljivost pri uporabi hlajenih usmerjevalnih lopatic za prenos toplote.
Spodnji del slike 4, primer 5 prikazuje kot zračnega kanala, opremljen z visokozmogljivimi usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech (za naročilo glejte številko dela TTE-TV-90). Kot kažejo preseki, je pretok z ustrezno profiliranimi lopaticami bolj enakomeren, kar pomeni manjši padec tlaka in nizko turbulenco.
Profil izhodnega tlaka/hitrosti je pri kotnih segmentih TunnelTech, opremljenih z lopaticami z dolgo tetivo, prav tako veliko boljši kot v drugih primerih. Rezultat je neprekosljiva aerodinamična kakovost TunnelTech, kar se odraža v številnih ocenah profesionalnih padalcev in drugih strank.
Vsi zgornji podatki, vključno z dolžino tetive in možnostmi hlajenja, so povzeti tudi v tabeli 1.
| Primer / Vrsta lopatice | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Dolžina tetive (mm) | Hlajenje |
|---|---|---|---|---|
| 1. Brez lopatic, oster zavoj | 114 | 0.47 | — | Ne |
| 2. Gladko ukrivljen kotni segment | 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 |
Koeficient hidravličnih izgub za kotni segment kanala z lopaticami TunnelTech in konkurentov v območju hitrosti do 100 m/s, izračunan za enako geometrijo in začetne pogoje, je podan na sl. 5.
Več podrobnosti o hidravličnih izgubah po dolžini kanala, lokalnem uporu in skupnem koeficientu hidravličnih izgub je podanih spodaj.
Sl. 5. Primerjava kotnih segmentov TunnelTech in konkurentov: Darcy-Weisbachov koeficient hidravličnih izgub za enako geometrijo in začetne pogoje izračuna.
Ublažitev turbulence za zanesljive izračune hidravlične in strukturne varnosti
Sl. 6. Kotni segment z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech: merilo turbulence (m) pri 20 m/s
Gladek, predvidljiv profil tlaka/hitrosti je še posebej pomemben v aplikacijah, kjer visoka turbulenca ali odcepitev pretoka ni sprejemljiva, kot so eksperimentalni vetrovniki, objekti za dvoransko padalstvo in visokozmogljive naprave. Ti parazitski učinki, skupaj s pulzacijami tlaka, ki jih povzročata odcepitev pretoka in obsežna turbulenca, so prav tako nesprejemljivi v napravah, ki morajo biti brez akustično povzročenih vibracij in kjer niso dovoljena odstopanja statičnega tlaka zaradi strukturne stabilnosti zračnega kanala. Poleg tega je turbulenten pretok pogost vir hrupa, kar dodatno poslabša splošno zmogljivost sistema in udobje končnega uporabnika.
Upoštevati je treba tudi, da se nepravilnosti pretoka običajno povečujejo in krepijo v smeri toka, razen če se uporabljajo usmerjevalniki pretoka, satovja, mreže proti turbulenci ali druge naprave za kondicioniranje pretoka [1-3]. Natančna plinsko-dinamična analiza zahteva izračun upora vsakega zaporednega elementa kanala z dejanskim vstopnim profilom tlaka/hitrosti, ki ga ustvari prejšnji element hidravličnega omrežja. Za dolga hidravlična omrežja pogosto ni mogoče izvesti CFD simulacije celotnega sistema zaradi njegove same velikosti. V takšnih primerih se uporabljajo približni polempirični izračuni, ki temeljijo na brezdimenzijskih številih pretoka in geometrijskih kriterijih [4], ali programska oprema, ki temelji na takšnih metodah. Podobno se FEA modeliranje strukturne stabilnosti kanala običajno izvaja s stabilnim poljem statičnega tlaka, ki deluje na stene kanala. Hude nepravilnosti pretoka, ki se razvijejo v smeri toka, lahko zato vnesejo napako tudi v varnostno kritične analize nosilnih konstrukcij.
Približne metode običajno ne obravnavajo popačenja profila hitrosti na vstopu v element hidravličnega omrežja; v najboljšem primeru upoštevajo, ali je profil popolnoma razvit ali še ni razvit (enakomeren), in parametre mejne plasti. V vetrovnikih in industrijskih prezračevalnih sistemih lahko vsak zavoj pretoka povzroči neenakomernost in močno vrtinčenje, kar vnaša negotovost v izračune hidravličnega upora za dolga omrežja. Zato se je treba, kjer koli je to mogoče, izogibati velikim nepravilnostim profila hitrosti.
Sl. 6 in zgornji rezultati kažejo, da kotni segmenti z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech ne le da ne ustvarjajo dodatnih motenj pretoka, temveč se lahko uporabijo tudi za dušenje vrtinčenja in neenakomernosti v smeri toka za segmentom. Kotni segment z usmerjevalnimi lopaticami TunnelTech lahko zato deluje tudi kot učinkovit usmerjevalnik pretoka, če je nameščen za aksialnim ventilatorjem, difuzorjem kanala, prenosnikom toplote, testno sekcijo, odcepom kanala ali katerim koli drugim elementom, ki ustvarja turbulenco.
Koeficient lokalnega upora
Lokalni upor kotnega segmenta je mogoče izračunati z uporabo znane Darcy-Weisbachove enačbe:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Kjer je:
- ΔP – skupna izguba tlaka (padec tlaka) v Pa;
- ξ – koeficient lokalnega upora (Darcy-Weisbach);
- ρ – gostota fluida (kg/m³);
- V – hitrost fluida na vstopnem preseku (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 tornega upora po njegovi dolžini ξL in lokalnega upora ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
Za raven zračni kanal je linijski upor sorazmeren z dolžino in obratno sorazmeren s hidravličnim premerom, kar izraža formula:
ξL = (L / D) · f
kjer je f Darcyjev koeficient trenja.
Za kanale preprostih oblik (npr. okrogle, kvadratne, šesterokotne) je mogoče f izraziti kot nelinearno funkcijo samo Reynoldsovega števila – glejte poglavje 2 v [4] ali https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Koeficient trenja f za preprosto okroglo cev z gladkimi stenami, popolnoma razvitim profilom pretoka na vstopu in turbulentnim režimom (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 sten.
Sl. 7 spodaj prikazuje graf Darcyjevega koeficienta trenja v odvisnosti od Reynoldsovega števila Re za različne vrednosti relativne hrapavosti stene, ki ga je prvi objavil Nikuradse v [5-8]. Ta graf je znan tudi kot Moodyjev diagram [9] ali Colebrook-Whiteova korelacija [10-11]. Novejša študija gladkih cevi je na voljo v [12].
Diagram prikazuje kompleksno odvisnost f(Re) za okroglo cev z različnimi vrednostmi hrapavosti. Za kvadratne in druge neokrogle kanale je diagram še bolj zapleten. Zato je treba upoštevati režim pretoka (Reynoldsovo število), obliko kanala in relativno hrapavost stene.
Sl. 7. Moodyjev (oz. Nikuradsejev) diagram, ki prikazuje Darcy-Weisbachov koeficient trenja fD v odvisnosti od Reynoldsovega števila Re za različne vrednosti relativne hrapavosti – Originalni diagram: S. Beck in R. Collins, Univerza v Sheffieldu, deljeno pod CC BY-SA 4.0, wikimedia.org
Za dejanske, hrapave kanale je še vedno mogoče predstaviti skupni upor kot vsoto ξSUM = ξL + ξ0 linijskega upora in lokalnega upora.
Razdelitev upora na to vsoto poenostavi preučevanje parametrov kanala, saj je mogoče lokalni upor ξ0 izračunati za poenostavljeno geometrijo elementa – na primer s periodično formulacijo problema na manjši računski domeni ali v 2D formulaciji. Upoštevajte velikost računske domene v primerih, prikazanih na sl. 4 – segment je visok 3 m in dolg 18 m, ustrezna konvergenca mreže pa se začne šele nad 10 milijoni elementov mreže. Periodična ali 2D formulacija istih primerov bi lahko uporabila za red velikosti manj elementov mreže, poenostavljen izračun vsake točke hitrosti na krivulji ΔP(v) pa bi trajal minute ali celo sekunde namesto ur.
Razdelitev upora na dve komponenti lahko zato močno poenostavi izračune – lokalni upor ξ0 se določi hitro, nato pa se doda linijski upor ξL. Slednjega je mogoče hitro oceniti iz objavljenih tabel ali s približnimi formulami, ki temeljijo na brezdimenzijskih številih in parametrih geometrije kanala. Za hidravlične elemente in elemente omrežja kanalov z nenadnimi spremembami smeri pretoka (kotna kolena, gladki zavoji, zavoji različnih kotov z in brez usmerjevalnih lopatic) sta podoben pristop in metoda predstavljena v poglavjih 6-1 in 6-2 obsežnega Priročnika za hidravlični upor [4].
Technical Specifications
Celoviti tehnični podatki za natančno načrtovanje in izračune zmogljivosti.
Integrirana tehnologija hlajenja
Naše usmerjevalne lopatice imajo integrirane notranje kanale za hladilno sredstvo — to prinaša vrhunsko učinkovitost izmenjave toplote brez poslabšanja kakovosti zračnega toka.
- Velika zmogljivost odvajanja toplote, od nekaj sto kilovatov do desetin megavatov.
- Učinkovito toplotno upravljanje brez škodljivega vpliva na turbulenco in kakovost toka.
- Šest integriranih notranjih hladilnih kanalov na lopatico za največjo toplotno učinkovitost
- Enostavna povezava s standardno industrijsko infrastrukturo vodnega hlajenja
Poudarki izdelka
Usmerjevalne lopatice za pretok zraka 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 dvoransko padalstvo in vetrovnikov do HVAC in prezračevalnih sistemov, ter poosebljajo vrhunec aerodinamične zasnove in energetske učinkovitosti.
Zmogljivost segmenta z usmerjevalnimi lopaticami v zračnih kanalih
Visokozmogljive usmerjevalne lopatice TunnelTech postavljajo industrijski standard za moč in aerodinamično učinkovitost. Naše energetsko varčne usmerjevalne lopatice so zasnovane tako, da zmanjšujejo aerodinamične izgube, zagotavljajo gladek pretok zraka in zmanjšujejo porabo energije.
Usmerjevalne lopatice TunnelTech imajo odlične karakteristike lokalnega upora v zračnih kanalih. Parametri upora, izračunani z Darcy-Weisbachovo enačbo kot je opisano zgoraj, so predstavljeni na spodnjih slikah (glejte sl. 8) in v Podatkovnem listu usmerjevalnih lopatic.
Na splošno, kjer velikost kanala ni znana, so podane vrednosti za idealiziran element s periodičnimi stranskimi robnimi pogoji, brez upoštevanja dodatnega trenja stene po dolžini, hrapavosti ali drugih lokalnih parametrov. Sl. 8 podaja vrednosti za idealiziran kotni element z lopaticami TunnelTech, izračunane za sklop 15 lopatic s periodičnimi robnimi pogoji kot približek neskončne periodične kaskade.
Sl. 8. Usmerjevalna lopatica TunnelTech: koeficient lokalnega upora in ustrezen padec tlaka.
Če je HVAC ali drug hidravlični sistem sestavljen iz kanalov, katerih presek pretoka se na splošno ne spreminja vzdolž poti pretoka, je za približne izračune priročno oceniti upor na enoto dolžine (ki ga je seveda treba oceniti v celotnem območju hitrosti):
KL = ξL / L = f / Dh
kjer je Dh hidravlični premer kanala. Vrednost KL je enostavno določiti iz priročnikov, kot je razpravljano zgoraj. Če jo pomnožimo z dolžino in dodamo vrednosti lokalnega upora ξ0, vzete iz podatkovnih listov ali izračunane neodvisno, dobimo hitro oceno skupne izgube tlaka v sistemu.
ξSUM = KL · L + ξ0
Ilustrativni primeri na sl. 4 – kvadratni kanal 2×2 m s parametri plina in hrapavostjo, uporabljenimi v izračunu – imajo upor na enoto dolžine reda KL = ξL / L ~ 2,1 Pa. Ta vrednost velja za navaden kvadratni kanal brez zavojev, lopatic ali druge notranje opreme. Na celotnih 21 m, ki jih zrak prepotuje po kanalu, to pomeni padec tlaka ~44 Pa. Če dodamo vrednost s sl. 8 (11 Pa pri 20 m/s, vzeto iz podatkovnega lista usmerjevalnih lopatic, tabela A.2.1), dobimo skupni upor 55 Pa za dejanski segment kanala 2×2 m z usmerjevalnimi lopaticami. Ta vrednost se dobro ujema z vrednostjo, prikazano na sl. 4, primer 5.
Več informacij o približnih metodah za izračun upora kanalov katere koli oblike brez CFD je mogoče najti v [4] in podobni literaturi.
Opomba: Primeri na sl. 4 so le poseben primer, ki prikazuje delovanje usmerjevalnih lopatic, in jih ni mogoče uporabiti za oceno poljubnega kanala. Slika 8 velja širše, vendar je še vedno treba upoštevati specifične parametre kanala stranke. Vsak 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 naših storitvah ter raziskavah in razvoju najdete na strani Tehnologija in v razdelku Storitve.
Usmerjevalne lopatice za industrijsko hlajenje in ogrevanje
Edinstveno med usmerjevalnimi lopaticami za industrijske zračne kanale lahko naši izdelki krožijo hladilno tekočino z visokim pretokom, kar omogoča učinkovito hlajenje ali ogrevanje zraka med prehodom skozi kanal. To odpira nove možnosti pri toplotni regulaciji – lopatice za nadzor notranje klime in nizkouporni prenosniki toplote v kanalih – kar našim strankam zagotavlja vsestranske rešitve za njihove potrebe po pretoku zraka.
Ocenjene z metodo HTCL (koeficient prenosa toplote na tekoči meter), ki kvantificira toplotni tok (v vatih) na meter dolžine usmerjevalne lopatice na kelvin logaritemske srednje temperaturne razlike (ΔTLMTD) med zunanjim zrakom in hladilno tekočino lopatice, so naše usmerjevalne lopatice zasnovane za učinkovit prenos 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 sl. 9 za suh in vlažen zrak, kjer je ΔP [kPa] razlika v tlaku vode med vstopnim in izstopnim priključkom lopatice (modra in rdeča na sl. 10).
Sl. 10. Hladilni kanali usmerjevalne lopatice
Sl. 9. Koeficient HTCL. Suh (RH = 0 %) in vlažen zrak (RH = 90 % pri 30 °C) pri različnih razlikah v tlaku hladilne tekočine (vode) med vstopnim in izstopnim priključkom 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. Integrirane v sisteme za izmenjavo toplote lahko te lopatice zajamejo odvečno toplotno energijo, ki bi se sicer izgubila, in jo prenesejo v sisteme za rekuperacijo toplote, kar znatno izboljša splošno učinkovitost sistema.
V praksi se lahko ta tehnologija uporablja na številnih področjih. V industrijskih procesih lahko na primer hlajene usmerjevalne lopatice rekuperirajo odpadno toploto iz izpušnih plinov in jo uporabijo za predgretje vhodnih tekočin ali zraka, kar zmanjša porabo energije. V sistemih HVAC se enako načelo uporablja v napravah, kot so ventilatorji z rekuperacijo toplote (HRV) in ventilatorji z rekuperacijo energije (ERV), ki prenašajo toploto med tokovi izpušnega in dovodnega zraka. To zmanjšuje energijo, potrebno za ogrevanje ali hlajenje vhodnega zraka, kar vodi do znatnih prihrankov energije.
Hlajene usmerjevalne lopatice je mogoče integrirati tudi v sisteme za proizvodnjo električne energije in obnovljive vire energije. V napravah za soproizvodnjo toplote in električne energije (SPTE) se na primer odpadna toplota iz proizvodnje električne energije rekuperira in uporabi za ogrevanje, kar izboljša splošno učinkovitost sistema. V geotermalnih energetskih sistemih lahko te lopatice pomagajo pri upravljanju toplotne energije, pridobljene iz tal, in optimizirajo procese prenosa toplote.
V pobudah za zeleno in obnovljivo energijo igra rekuperacija odpadne toplote ključno vlogo pri zmanjševanju ogljičnega odtisa in izboljšanju trajnosti energetskih sistemov. Pristop je v skladu z načeli vitke proizvodnje, saj izboljšuje učinkovitost virov in zmanjšuje obratovalne stroške z učinkovitim upravljanjem toplote. V projektih ESG poleg tega sprejetje takšnih tehnologij dokazuje zavezanost k zmanjševanju vpliva na okolje in optimizaciji rabe virov v skladu s širšimi trajnostnimi cilji.
Rekuperacija toplote – Povezani projekti
TunnelTech ima bogate izkušnje pri izvajanju projektov izmenjave toplote in HVAC, zasnovanih za rekuperacijo odpadne toplote s hlajenimi usmerjevalnimi lopaticami. Z integracijo teh lopatic v sisteme za izmenjavo toplote, zasnovane za zajemanje in ponovno uporabo toplotne energije, ki bi se sicer izgubila, TunnelTech omogoča učinkovitejšo rekuperacijo odpadne toplote iz številnih industričnih in komercialnih procesov. To ne le izboljšuje energetsko učinkovitost, temveč tudi podpira trajnostne cilje z zmanjšanjem porabe energije in obratovalnih stroškov.
Aplikacije
Naše usmerjevalne lopatice služijo širokemu spektru industrij in aplikacij
HVAC sistemi
| Poslovne zgradbe | Optimizacija zračnih kanalov; energetska učinkovitost; nižji obratovalni stroški; boljše zdravje in varnost z učinkovitim nadzorom kakovosti zraka in temperature |
| Stanovanjski kompleksi | Udobna bivalna okolja z optimalno kakovostjo zraka in pretokom; boljše zdravje in varnost |
| Podatkovni centri | Usmerjevalne lopatice za toplotno upravljanje ohranjajo kritične ravni temperature in vlage, potrebne za zmogljivost in življenjsko dobo strežnikov |
Prezračevalni sistemi v gradbeništvu
| Bolnišnice in zdravstvene ustanove | Tiho delujoče usmerjevalne lopatice zagotavljajo ključen nadzor kakovosti zraka, ki ščiti paciente in osebje; boljše zdravje in varnost z učinkovitim nadzorom kakovosti zraka in temperature |
| Izobraževalne ustanove | Boljša učna okolja z izboljšanim kroženjem zraka |
Okoljski nadzor
| Elektronika, biotehnologija, živilska tehnologija in drugi visokotehnološki obrati / Čiste sobe | Nadzor temperature in vlage za visokotehnološko in zahtevno proizvodnjo; klimatizacijske usmerjevalne lopatice ohranjajo stroge standarde pretoka zraka za proizvodnjo in raziskave |
| Športne dvorane | Udobje in varnost za športnike in gledalce |
Industrijske in specializirane aplikacije
| Gradnja in vzdrževanje predorov | Boljša kakovost zraka in varnost za delavce v predorih |
| Industrijski obrati | Optimizacija zračnih kanalov; energetska učinkovitost; trajnostni razvoj; nižji obratovalni stroški |
| Livarne in težka industrija | Energetska učinkovitost; nižji obratovalni stroški; rekuperacija odpadne toplote; razogljičenje in ESG; zračni kanali za težko industrijo; toplotno upravljanje |
| Pomorsko inženirstvo | Izboljšano prezračevanje na ladjah in podmornicah za udobje posadke in zanesljivost opreme |
| Rudarstvo in podzemna gradnja | Bistveno prezračevanje za rudnike in druge podzemne objekte, ki zmanjšuje tveganje nevarnih pogojev |
Vsaka od teh aplikacij ima znatne koristi od napredne zasnove in funkcionalnosti usmerjevalnih lopatic TunnelTech, ki predstavljajo preskok v učinkovitem upravljanju pretoka zraka. Z izbiro usmerjevalnih lopatic TunnelTech z nizkim uporom lahko stranke pričakujejo, da bodo ne le dosegle, temveč presegle cilje zmogljivosti svojih sistemov, in to ob
- •zmanjšanje porabe energije* 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 optimalnega upravljanja pretoka zraka.
Namestitev in vzdrževanje
- •Dimenzije in specifikacije
Pred namestitvijo preverite dimenzije kanala in specifikacije usmerjevalnih lopatic
- •Možnosti montaže
Na voljo v konfiguracijah za vpenjanje, vijačenje in 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
Občasno 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 segmentov vetrovnikov TunnelTech in parametrih usmerjevalnih lopatic so na voljo v obsežnem podatkovnem listu, ki zajema izdelka TTE-TSA in TTE-TV. Dokumentacija vključuje možnosti zasnove, lokalne upore za vodoravne in vertikalne 90-stopinjske kotne segmente ter hidravlične in toplotne parametre za hlajene usmerjevalne lopatice.
Prenesi podatkovni list TTE-TSA (PDF)Reference in sorodne publikacije
Dodatne informacije o zasnovi in optimizaciji usmerjevalnih lopatic za vetrovnike, industrijske zračne kanale, kanale HVAC in opremo za upravljanje pretoka zraka, usmerjevalnike pretoka 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). 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 (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, 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, 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, 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, in 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., in 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, 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, 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.
Glejte tudi:
- Moodyjev diagram: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Koeficient 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