Hava Kanalı Dönüş Köşeleri
Rüzgâr tünelleri, HVAC sistemleri ve endüstriyel uygulamalar için yüksek performanslı yönlendirme kanatçığı çözümleri
Yönlendirme Kanatçıklarına Giriş
Hava akışı yönetimi alanında, kanal köşelerinin tasarımı havalandırma, HVAC sistemleri ve rüzgâr tünellerinin verimliliği ve işlevselliğinde kilit bir rol oynar. Hava, kanal sistemlerinde sıklıkla gerektiği gibi keskin bir dönüş yapmaya zorlandığında, artan hidrolik dirençle karşılaşır, bu da daha yüksek basınç kayıplarına ve türbülansa yol açar. Bu durum, hava akışını sürdürmek için daha fazla enerji talep ederek sistemin verimliliğini tehlikeye atmakla kalmaz, aynı zamanda türbülanslı akışların uyguladığı düzensiz basınçlar nedeniyle kanal sisteminin yapısal bütünlüğünü de etkiler.
İşte bu noktada, köşe kanatçıkları veya kılavuz kanatçıklar olarak da bilinen yönlendirme kanatçıkları devreye girer (Şekil 1). Köşelere monte edilmek üzere tasarlanan kanal köşe kanatçıkları, havanın dönüşü minimum dirençle yönlendirmesine olanak tanır, basınç kayıplarını etkili bir şekilde azaltır ve yumuşak yarıçaplı kıvrımların talep ettiği ek alana ihtiyaç duymadan türbülansı hafifletir. Bu, yönlendirme kanatçıklarını kompakt bir alanda hava akışını verimli bir şekilde yönetmek için ideal bir çözüm haline getirir.
Şekil 1. Tunnel Tech yönlendirme kanatçığı köşe bölümü montajı
Genel HVAC çözümleriyle rekabet eden yüksek performanslı kılavuz kanatçık bölümleri.
Dik kavisli bir kanalda artan türbülans, basınç kaybı ve gürültü gibi bahsedilen zararlı olayların üstesinden gelmek için geleneksel çözüm, radyal kanal dirsekleri tasarlamaktır (Şekil 2 ve Şekil 4, durum 2). Bu dirsekler, türbülansın, gürültünün ve basınç kayıplarının (Şekil 4, durum 1'de görüldüğü gibi keskin bir virajda yaygın olan) bir miktar azaltılmasında etkili olsa da, kendi sorunlarına sahiptir.
Bükülmüş akış yönlendiricilere sahip yumuşak kavisli sac metalden yapılmış bir dönüşe sahip birkaç geleneksel havalandırma kanalı sistemi Şekil 2'de solda sunulmuştur. Resim, HVAC kanallarında yaygın olarak kullanılan standart varyantların birkaç örneğini temsil etmektedir, örneğin DW144 kanal sistemi standartlarına uygun.
Bu tür kanal çözümleri, inşaat mühendisliği, küçük işletmeler ve enerji maliyetinin önemli bir faktör olmadığı düşük güçlü HVAC sistemlerindeki küçük uygulamalar için yaygın ve uygun maliyetlidir. Ancak bu tasarım, hidrolik verimliliğin ve enerji tasarrufunun zorunlu olduğu orta ve büyük ölçekli ve yüksek kapasiteli enerji üretimi, metalurji, turbo makineler, ısı eşanjörleri, atık ısı geri kazanımı ve modern yeşil ve yenilenebilir enerji uygulamalarındaki havalandırma ve soğutma sistemleri için iyi bir çözüm değildir.
Bununla birlikte, bir hidrolik ağın enerji tüketiminin mükemmelliğe optimize edilmesi gerektiğinde her seferinde özel standart dışı bir kanal inşa etmeye gerek yoktur. Sağdaki Şekil 2, enerji tasarruflu, düşük gürültülü ve düşük türbülanslı olan ve HVAC sistemleri i çin endüstri standartlarını karşılayan, ancak aynı zamanda büyük ölçekli ve yüksek güçlü endüstriyel kullanım durumlarında da kullanılabilen Tunnel Tech'in diyagonal kılavuz kanatçık bölümünün bir varyantını göstermektedir. Diyagonal yönlendirme kanatçığı bölümünün kolayca entegre edilebileceği büyük ölçekli bir tesis örneği Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 2. Sac metalden yapılmış ayırıcı kanatçıklı geleneksel orta ölçekli HVAC yumuşak dirseği, DW144 standardı (solda) ve standart hava kanalları için yüksek performanslı Tunnel Tech yönlendirme kanatçığı diyagonal montajı (sağda).
Şekil 3. Rüzgâr tünelleri, enerji üretimi ve endüstriyel uygulamalar için büyük ölçekli Tunnel Tech hava kanalı dönüş bölümleri.
Basınç Düşümü, Türbülans ve Gürült ü Azaltma için Yönlendirme Kanatçığı Tasarımı
Farklı dönüş köşesi tasarımlarını karşılaştırmak için basınç düşümleri (ΔP) ve CFD simülasyonlu akış modelleri aşağıdaki Şekil 4'te verilmiştir. Gösterim örneği olarak 20 m/s giriş hava akış hızı ve 2×2 m kare kanal seçilmiştir. 20 m/s hız aralığı gösterim amacıyla seçilmiştir, çünkü normalde indoor skydiving için profesyonel sınıf dikey rüzgâr tünelleri çoğu zaman, dönen bölümdeki akış hızının 10 ila 30 m/s arasında değiştiği modlarda çalışır. CFD hesaplamaları, sıkıştırılabilir bir gaz ve 250 µm pürüzlülüğe sahip adyabatik bir duvar ile 20 C ve sıfır hava neminde 1 standart atmosfer için gerçekleştirilmiştir. Alan başına 6 ila 10 milyon hücreli ağ kullanılmıştır. Giriş sınırında Düz Giriş profili ve %2 türbülans uygulanmıştır. Türbülans, k-ε modeli kullanılarak ele alınmıştır.
NOT! Lütfen Şekil 4'te gösterilen çizimlerin, yalnızca çalışma prensiplerini göstermek ve birkaç tür döner köşe bölümünü karşılaştırmak amacıyla sunulan özel örnekler olduğunu unutmayın. Bu durumlar, kesinlikle her kullanım durumu için genel olarak yorumlanamaz. Her gerçek havalandırma sistemi veya diğer hidrolik ağlar için, her hesaplama noktasında spesifik hidrolik parametreler, kanal boyutu ve şekli, pürüzlülük ve yapısal düzensizlikler, akış homojensizlikleri ve kesin fiziksel gaz parametreleri dikkate alınmalıdır. Bizimle iletişime geçerek belirli bir sistem için böyle bir hesaplama sipariş edebilirsiniz.
Aşağıdaki tasarım durumları açıklanmıştır:
- Kılavuz kanatçıkları olmayan köşe bölümü.
- Radyal bükümlü akış yönlendiricilere sahip yumuşak kavisli köşe bölümü (r = kanal yüksekliğinin ½'si). Basınç düşümü ayrıca kanal ayırıcılarının sayısına ve geometrisine de bağlıdır. Optimize edilmiş şekilli hava akışı ayırıcı plakaların minimize edilmiş sayısıyla bir örnek gösterilmiştir.
- Basit radyal kavisli ince plakalar (10-20mm kalınlığında).
- En yakın rakiplerin tipik optimize edilmemiş yönlendirme kanatçıkları.
- Optimize edilmiş profile sahip Tunnel Tech yönlendirme kanatçıkları (TTE-TV).
Az sayıda basit bükülmüş plaka ayırıcıya sahip (veya hiç kılavuz kanatçığı olmayan) yuvarlak kavisli kanalların en önemli sorunu, dönüş bölümü çıkışındaki basınç ve hız dağılım modelidir (Şekil 4, durum 2, çıkış kesitine bakın). Bu model, hızın her bir akış alt alanının dış duvarından iç duvarına doğru artacağını, bunun da düzensiz akışa, büyük türbülansa ve gürültüye yol açacağını göstermektedir. Dönüş yarıçapı ne kadar küçükse, akış ayrılması, basınç ve hız alanı bozulması, gürültü seviyesi ve basınç düşümü değeri olasılığı o kadar artar.
Bu sorunların üstesinden gelmenin tek yolu, böyle bir köşe bölümünün büyük bir eğrilik yarıçapına sahip olması ve hava akışı kılavuz kanatçıklarının sayısının artırılmasıdır. Burada ikinci sorun ortaya çıkar: bu tür kıvrımları barındırmak için gereken artan alan ve kanal kesitine göre boyutlandırılmış birkaç radyal hava kanalı ayırıcısının malzeme maliyeti. Büyük kanal sistemlerinde, yumuşak yarıçaplı kıvrımların uygulanması makul olmayan derecede büyük yapılara yol açabilir ve bu yaklaşımı, özellikle alanın değerli olduğu birçok senaryoda pratik olmaktan çıkarır. İhtiyaç duyulan ek alan, aşağıdaki Şekil 4, durum 2'de kesikli çizgilerle gösterilmiştir. Her dönüşün yüksekliği ve genişliği minimum kanal boyutunun ½'si kadar artırılmalıdır. Sirkülasyonlu rüzgâr tünelleri için bu, bina boyutlarının her yönde birkaç metre artması anlamına gelir, bu da daha yüksek kanal sistemi maliyetlerine ve daha yüksek sermaye yatırımlarına yol açar. Ayrıca, her akış bölücü kanal duvarıyla aynı maliyete sahip olacaktır.
Şekil 4. Bir kanal sistemindeki köşe bölümleri - tasarım ve performans karşılaştırması
Rüzgâr tünelleri ve endüstriyel havalandırma için en uygun çözüm, Şekil 4, durum 3-5'te gösterildiği gibi diyagonal boyunca yerleştirilmiş kanat profiline sahip döner bölüm kanatçıklarıdır.
Yukarıdaki tüm CFD görselleri, örnek olarak, indoor skydiving ve düşük hızlı ses altı rüzgâr tüneli kullanım durumlarıyla en alakalı olan, 20 m/s hava akış hızında 2x2m girişli hava kanalı köşe bölümüne karşılık gelmektedir.
Şekil 4 durum 3, ince bükülmüş metal levhalardan yapılmış basit kılavuz kanatçıklara sahip bir köşe bölümünü göstermektedir. Şekil 4 durum 4, TunnelTech'in en yakın rakiplerinden temin edilebilen döner kanatçıkların en iyi örneğidir. Her ikisi de daha kısa veter (chord) uzunluğuna ve optimize edilmemiş kanat profili şekline sahiptir; bu da bölüm çıkışında artık akış düzensizliği, daha büyük aerodinamik direnç ve hava kanalı gürültüsü ile sonuçlanır. Basit bükülmüş metal levhalardan yapılmış ince kanatçıklar genellikle düşük hava hızlarında bile izin verilen gürültü seviyelerini aşar ve düşük veter-kalınlık oranına sahip kalın ve kısa profilli bir seçenek de daha küçük bir yüzey alanına sahip olacaktır; bu da ısı transferi için soğutmalı yönlendirme kanatçıklarının kullanıldığı uygulamalarda istenmeyen bir durumdur.
Şekil 4 durum 5'in alt kısmında, yüksek performanslı Tunnel Tech yönlendirme kanatçıkları (sipariş için şu parça numarasına bakın: TTE-TV-90) ile donatılmış hava kanalı köşesi gösterilmektedir. Kesitlerden görülebileceği gibi, uygun şekilde profillendirilmiş kılavuz kanatçıklar durumunda akış daha düzgündür, bu da daha az basınç düşümü ve düşük türbülansa yol açar.
Çıkış hava basıncı/hız profili de, uzun veterli kanatçıklarla donatılmış Tunnel Tech köşe bölümleri için diğer durumlara göre çok daha iyidir. Bu, profesyonel paraşütçüler ve diğer müşteriler tarafından yapılan çok sayıda incelemede yansıtıldığı gibi, rakipsiz Tunnel Tech aerodinamik kalitesiyle sonuçlanır.
Veter uzunluğu ve soğutma seçenekleri de dahil olmak üzere yukarıda tartışılan tüm veriler <strong>Tablo 1</strong>'de de mevcuttur.
| Durum / Kanatçık tipi | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Veter uzunluğu (mm) | Soğutma |
|---|---|---|---|---|
| 1. Kanatçık yok, keskin dönüş | 114 | 0.47 | — | Hayır |
| 2. Yumuşak kavisli köşe bölümü | 41 | 0.17 | > 2000 | Hayır |
| 3. Basit radyal kavisli ince plakalar | 80 | 0.33 | 250–500 | Hayır |
| 4. En yakın rakiplerin yönlendirme kanatçıkları | 88 | 0.37 | 280 | Evet |
| 5. Tunnel Tech optimize edilmiş yönlendirme kanatçıkları | 57 | 0.24 | 500 | Evet |
TunnelTech ve rakiplerin kanatçıklarına sahip kanal dönüş bölümü için 100 m/s'ye kadar hız aralığındaki hidrolik kayıp katsayısının değerleri, başlangıç verilerinin seçiminden kaynaklanan herhangi bir değişiklik olmaksızın Şekil 5'te verilmiştir.
Kanal uzunluğu boyunca hidrolik kayıplar, yerel direnç ve toplam hidrolik kayıp katsayısı hakkında daha fazla ayrıntı aşağıda verilmiştir.
Şekil 5. Tunnel Tech ve rakip dönüş bölümü karşılaştırması. Aynı geometri ve başlangıç hesaplama koşulları için Darcy-Weisbach Hidrolik kayıp katsayısı.
Güvenilir Hidrolik ve Yapısal Güvenlik Hesaplamaları için Türbülansın Azaltılması
Şekil 6. Tunnel Tech köşe kanatçığı bölümü türbülans ölçeği (m) @ 20 m/s
Düzgün ve öngörülebilir basınç/hız profili, deneysel rüzgâr tünelleri, indoor skydiving tesisleri ve yüksek güçlü uygulamalar gibi yüksek türbülansın veya akış ayrılmasının kabul edilemez olduğu uygulamalar için özellikle önemlidir. Bu parazitik olaylar ve akış ayrılması ile büyük ölçekli türbülansın neden olduğu basınç titreşimleri, akustik kaynaklı titreşimlerin olmamasını gerektiren ve hava kanalı yapısal stabilite gereksinimleri nedeniyle herhangi bir statik basınç sapmasına izin verilmeyen kurulumlarda da kabul edilemez. Ek olarak, bu türbülanslı akışlar yaygın bir gürültü kaynağıdır ve sistemin genel performansını ve son kullanıcılara sağlanan konforu daha da düşürür.
Özel doğrultucular, petek yapılar, türbülans giderici ağlar veya diğer hava akışı yönetim cihazları kullanılmazsa, akış düzensizliklerinin daha da gelişme ve yoğunlaşma eğiliminde olduğu da dikkate alınmalıdır [1-3]. Hassas gaz dinamiği analizi, hidrolik ağın önceki elemanında oluşturulan gerçek giriş basıncı/hız profilini dikkate alarak bir sonraki hava kanalı elemanının direncinin hesaplanmasını gerektirir. Uzun hidrolik ağlar için, devasa boyutlar nedeniyle tüm sistemin CFD simülasyonunu gerçekleştirmek genellikle imkansızdır. Böyle bir durum için, akışkan boyutsuz sayılarını ve geometri kriterlerini içeren yaklaşık yarı ampirik hesaplamalar [4] veya bu tür yöntemlere dayalı yazılımlar kullanılır. Ayrıca, kanal yapısal stabilitesini belirlemek için FEA modellemesi tipik olarak kanal duvarlarına uygulanan kararlı bir statik basınç alanıyla gerçekleştirilir. Bu nedenle, akış yönünde gelişen şiddetli akış düzensizlikleri, yük taşıyıcı yapıların güvenlik açısından kritik incelemelerine de hata getirebilir.
Yaklaşık yöntemler genellikle hidrolik ağ elemanının girişindeki hız profilinin bozulmasıyla ilgilenmez ve en iyi ihtimalle profilin gelişmiş veya henüz gelişmemiş (düzgün) olup olmadığını ve sınır tabaka parametrelerini dikkate alır. Rüzgâr tünellerinde ve endüstriyel havalandırma sistemlerinde, her akış dönüşü düzensizliğe ve güçlü akış girdabına neden olabilir, bu da uzun hidrolik ağlarda hidrolik direnç hesaplamalarında belirsizliğe yol açar. Bu nedenle, mümkün olduğunda, büyük hız profili düzensizliklerinin ortaya çıkmasından kaçınılmalıdır.
Şekil 6'da ve yukarıda gösterilenlerden görülebileceği gibi, TunnelTech yönlendirme kanatçıklarına sahip dönüş bölümlerinin parametreleri, ek akış bozuklukları yaratmayacak şekildedir, ancak aynı zamanda dönüş bölümünün aşağısındaki girdapları ve düzensizliği sönümlemek için de kullanılabilirler. Böylece, TunnelTech kanatçıklarına sahip döner bölüm, eksenel fan, kanal difüzörü, ısı eşanjörü, test bölümü, kanala dallanma veya kılavuzlama veya başka herhangi bir türbülans üreten nesneden sonra kurulduğunda etkili bir akış doğrultucu olarak da hareket edebilir.
Yerel Direnç Katsayısı
Dönüş köşesinin yerel direnç özellikleri, iyi bilinen Darcy-Weisbach denklemi kullanılarak hesaplanabilir:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
Burada:
- ΔP – Pa cinsinden toplam basınç kayıpları (basınç düşümü);
- ξ – yerel direnç (Darcy-Weisbach) katsayısı;
- ρ – akışkan yoğunluğu (kg/m³);
- V – giriş kesitindeki akışkan hızı (m/s).
Hava kanalının enerji verimliliğini belirleyen bu parametreler, büyük ölçüde yönlendirme kanatçığı tasarımına bağlıdır.
[4]'e göre, karmaşık bir hidrolik elemanın toplam direnci, uzunluk sürtünme direnci ξL ve yerel direnç ξ0'ın toplamı olarak temsil edilebilir:
ξSUM = ξL + ξ0
Doğrusal bir hava kanalı için uzunluk direnci, uzunlukla doğru orantılı ve hidrolik çapla ters orantılıdır; bu şu formülle ifade edilir:
ξL = (L / D) · f
burada f, Darcy sürtünme faktörüdür.
Basit şekilli borular (yani daire, kare, altıgen) durumunda, f yalnızca Reynolds sayısına bağlı doğrusal olmayan bir bağımlılıkla ifade edilebilir – bkz. [4]'teki Bölüm 2 veya https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Girişte gelişmiş stabilize akış profiline sahip ve türbülanslı rejim (Reynolds sayıları Re > 4×103) için pürüzsüz duvarlara sahip basit bir yuvarlak boru (daire kanal) için sürtünme faktörü f şu formülle hesaplanabilir:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
Gerçek kanallar için pürüzlülük de dikkate alınmalıdır.
Aşağıdaki Şekil 7, Nikuradze tarafından ilk kez [5-8]'de yayınlanan, çeşitli bağıl duvar pürüzlülükleri için Reynolds sayısı Re'ye karşı Darcy sürtünme faktörü grafiğini göstermektedir. Bu grafik aynı zamanda Moody diyagramı [9] veya Colebrook-White korelasyonu [10-11] olarak da bilinir. Pürüzsüz borular için modern çalışma [12]'de bulunabilir.
Bu diyagram, farklı pürüzlülüğe sahip yuvarlak bir boru için f(Re)'nin karmaşık bağımlılığını göstermektedir. Kare ve diğer dairesel olmayan borular için diyagram daha karmaşık olacaktır. Bu nedenle, akış rejimleri (Reynolds sayısı), kanal şekli ve bağıl duvar pürüzlülüğü dikkate alınmalıdır.
Şekil 7. Çeşitli bağıl pürüzlülükler için Reynolds sayısı Re'ye karşı çizilen Darcy-Weissbach sürtünme faktörü fD'yi gösteren Moody (diğer adıyla Nikuradze) diyagramı – Orijinal diyagram: S Beck ve R Collins, Sheffield Üniversitesi, CC BY-SA 4.0 altında paylaşılmıştır, wikimedia.org
Gerçek pürüzlü kanallar durumunda, toplam direnci uzunluk direnci ve yerel direncin toplamı ξTOPLAM = ξL + ξ0 olarak temsil etmek hala mümkündür.
Toplamın bu şekilde gösterilmesi kanal parametrelerinin incelenmesini basitleştirir, çünkü yerel direnç ξ0 basitleştirilmiş bir eleman geometrisi için hesaplanabilir – örneğin, daha küçük bir hesaplama alanına sahip problemin periyodik formülasyonunda veya problemin 2B versiyonunda. Bölümün 3 metre yüksekliğe ve 18 metre uzunluğa sahip olduğu ve ızgara yakınsamasının 10 milyondan fazla ağ elemanı boyutunda yeterli şekilde görünmeye başladığı Şekil 4'te gösterilen örneklerin hesaplama alanının devasa boyutuna dikkat edin. Bu durumlar için periyodik veya 2B koşullara sahip problem formülasyonunun bir varyantı, bir büyüklük sırası daha az sayıda ağ elemanına sahip olabilir ve ΔP(v) grafiği için her hız noktasının basitleştirilmiş hesaplaması saatler yerine sadece dakikalar hatta saniyeler sürebilir.
Böylece, iki direncin toplamına bölmek hesaplamaları önemli ölçüde basitleştirebilir – yerel direnç ξ0 hızlı bir şekilde belirlenebilir ve ardından uzunluk direnci ξL eklenebilir. İkincisi, bilinen tablolardan veya boyutsuz sayılara ve hava kanalı geometri parametrelerine dayalı basitleştirilmiş denklemler kullanan yaklaşık formüllerle hızlı bir şekilde tahmin edilebilir. Akış yönünde ani değişiklikler olan hidrolik ve kanal ağı elemanları için (açılı dirsekler, yumuşak kıvrımlar, yönlendirme kanatçıkları olan ve olmayan farklı açılardaki kıvrımlar), kapsamlı Hidrolik Direnç El Kitabı [4]'teki Bölüm 6-1 ve 6-2'de benzer bir yaklaşım ve yöntem sunulmaktadır.
Ürün Öne Çıkanlar
Tunnel Tech'in hava akışı yönlendirme kanatçıkları (TTE-TV ürünü), hava akışı yönetiminde benzersiz verimlilik sunarak bu teknolojinin ön saflarında yer almaktadır. Ürünlerimiz, indoor skydiving tesisleri ve rüzgâr tünellerinden HVAC ve havalandırma sistemlerine kadar çok çeşitli uygulamalar için tasarlanmış olup, aerodinamik tasarım ve enerji verimliliğinin en ileri noktasını temsil etmektedir.
Hava Kanallarında Yönlendirme Kanatçığı Bölümü Performansı
Tunnel Tech'in yüksek performanslı hava akışı kılavuz kanatçıkları, güç ve aerodinamik verimlilik için endüstri standardını belirler. Enerji tasarruflu yönlendirme kanatçıklarımız, aerodinamik sürtünmeyi en aza indirmek, düzgün hava akışı sağlamak ve enerji tüketimini azaltmak için tasarlanmıştır.
TunnelTech'in yönlendirme kanatçıkları mükemmel hava kanalı yerel direnç özelliklerine sahiptir. Darcy-Weisbach denklemi kullanılarak hesaplanan direnç parametreleri, yukarıda açıklandığı gibi, aşağıdaki şekillerde (aşağıdaki Şekil 8'e bakın) ve Yönlendirme Kanatçığı Veri Sayfasında sunulmuştur.
Genel olarak, kanal boyutunun bilinmediği durumlar için değerler, uzunluk boyunca ek duvar direncinin katkısı, pürüzlülük ve diğer yerel parametrelerin etkisi dikkate alınmadan, periyodik yanal sınır koşullarına sahip idealize edilmiş bir eleman için verilir. Şekil 8'de, periyodik sınır koşullarına sahip 15 kanat yığınının sonsuz periyodik dizi yaklaşımında hesaplanan, Tunnel Tech kanatçıklarına sahip idealize edilmiş bir döner köşe elemanı için değerler verilmiştir.
Şekil 8. Tunnel Tech yönlendirme kanatçığı Yerel direnç katsayısı ve karşılık gelen basınç düşümü.
HVAC veya diğer hidrolik sistem, akış yolu boyunca akış alanının kesit şeklini genel olarak değiştirmeyen kanallardan oluşuyorsa, yaklaşık hesaplamalar için birim uzunluk başına direnci tahmin etmek uygundur (elbette tüm hız aralığı için tahmin edilmelidir):
KL = ξL / L = f / Dh
burada Dh bir kanal hidrolik çapıdır. KL değerini referans kitaplarından belirlemek kolaydır, yukarıda tartışıldığı gibi. Böylece, bunu uzunlukla çarparak ve veri sayfalarından elde edilen veya bağımsız olarak hesaplanan yerel direnç değerlerini ξ0 ekleyerek, sistemdeki toplam basınç kaybını hızlı bir şekilde tahmin etmek mümkündür.
ξSUM = KL · L + ξ0
Hesaplamada kullanılan gaz parametreleri ve pürüzlülük ile 2×2 metrelik kare kanalın Şekil 4'te gösterilen yukarıdaki açıklayıcı örnekleri, K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa mertebesinde birim uzunluk başına dirence sahiptir. Bu değer, kıvrımlar, kanatçıklar veya diğer dahili ekipmanlar hesaba katılmadan kare bir kanal değerlendirilirken geçerlidir. Hava kütlesinin kanal boyunca hareket ettiği 21 metrelik tam bir uzunluk için ~44 Pascal'lık bir basınç düşümü verecektir. Buna Şekil 8'de gösterilen değeri eklemek (Yönlendirme Kanatçığı Veri Sayfasına (Tablo A.2.1) göre alınan 20 m/s hız için 11 Pa), içinde döner kanatçıklar bulunan gerçek bir 2×2 kare kanal bölümü için toplam 55 Pa direnç verir. Bu değer, Şekil 4, durum 5'te gösterilen değerle iyi bir uyum içindedir.
CFD yöntemlerini kullanmadan herhangi bir şekle sahip kanal dirençlerini hesaplamanın yaklaşık yolları hakkında daha fazla bilgi <a href="#references">[4]</a> veya benzer literatürde kolayca bulunabilir.
NOT! Lütfen Şekil 4'te gösterilen örneklerin, döner kanatçıkların çalışmasını göstermek için yalnızca özel bir durum olduğunu ve rastgele bir kanalı değerlendirmek için kullanılamayacağını unutmayın! Şekil 8 daha geniş bir bağlamda uygulanabilir, ancak müşterinin kanalının spesifik parametrelerinin dikkate alınması gerekir. Her spesifik sistem, Tunnel Tech'ten sipariş edebileceğiniz ayrıntılı bir analiz gerektirir. Kanal hidrolik direncinin doğru bir hesaplaması ve havalandırma veya rüzgâr tüneli ekipmanınızın enerji tüketiminin uzman değerlendirmesi için lütfen bizimle iletişime geçin.
Hizmetler ve Ar-Ge hakkında ek bilgiler Teknoloji sayfasında ve Hizmetler bölümünde de bulunabilir.
Endüstriyel Soğutma ve Isıtma için Yönlendirme Kanatçığı
Endüstriyel hava kanalları için yönlendirme kanatçıkları arasında benzersiz olan ürünlerimiz, yüksek debide soğutma sıvısı sirkülasyonu imkanı sunarak havanın kanaldan geçerken verimli bir şekilde soğutulmasını veya ısıtılmasını sağlar. Bu özellik, iç mekan iklim kontrol kanatçıklarının ve düşük dirençli hava kanalı entegre ısı eşanjörlerinin kullanımı için termal regülasyonda yeni olanaklar açarak müşterilerimize hava akışı ihtiyaçları için çok yönlü çözümler sunar.
Dış hava ile köşe kanatçığı soğutma sıvısı arasındaki logaritmik ortalama sıcaklık farkının (ΔTLMTD) her Kelvini için yönlendirme kanatçığı uzunluğunun metresi başına ısı akısını (Watt cinsinden) nicelendiren HTCL (Lineer metre başına Isı Transfer Katsayısı) hesaplama yöntemi kullanılarak değerlendirilen kılavuz kanatçıklarımız, çeşitli hava akışı koşullarında etkili ısı dağılımı için tasarlanmış olup istikrarlı performans ve sıcaklık regülasyonunu garanti eder.
Su soğutmalı yönlendirme kanatçıkları için Isı Transfer Katsayısı parametreleri, hem ıslak hem de kuru hava için Şekil 9'da sunulmuştur; burada ΔP [kPa], giriş ve çıkış kanatçık portları arasındaki su basıncı farkını temsil eder (Şekil 10'da mavi ve kırmızı).
Şekil 10. Yönlendirme Kanatçığı Soğutma Kanalları
Şekil 9. HTCL katsayısı. Giriş ve çıkış soğutma sıvısı kanalı portları arasındaki farklı soğutma sıvısı basınç farkında (su) kuru (RH=%0) ve nemli hava (30 °C'de RH=%90).
Atık Isı Geri Kazanımı için Yönlendirme Kanatçıkları
Entegre ısı değişim kanallarına sahip soğutmalı yönlendirme kanatçıkları, çeşitli uygulamalarda atık ısı geri kazanımı için çok yönlü bir çözüm sunar. Isı değişim sistemlerine entegre edildiğinde, bu kanatçıklar aksi takdirde kaybolacak olan fazla termal enerjiyi yakalayabilir ve bunu ısı geri kazanım sistemlerine aktararak genel sistem verimliliğini önemli ölçüde artırabilir.
Pratik uygulamalarda, bu teknoloji birçok alanda kullanılabilir. Örneğin, endüstriyel süreçlerde, soğutmalı yönlendirme kanatçıkları egzoz gazlarından atık ısıyı geri kazanabilir ve bunu gelen sıvıları veya havayı önceden ısıtmak için yeniden yönlendirerek enerji tüketimini azaltabilir. HVAC sistemlerinde, egzoz ve gelen hava akımları arasında ısı transferi yapan ısı geri kazanımlı vantilatörler (HRV'ler) ve enerji geri kazanımlı vantilatörler (ERV'ler) gibi cihazlar aracılığıyla benzer ilkeler kullanılır. Bu işlem, gelen havayı ısıtmak veya soğutmak için gereken enerjiyi en aza indirerek önemli enerji tasarrufları sağlar.
Ek olarak, soğutmalı yönlendirme kanatçıkları, enerji üretimi ve yenilenebilir enerji sektörlerinde kullanılan sistemlere entegre edilebilir. Örneğin, birleşik ısı ve güç (CHP) sistemlerinde, elektrik üretiminden kaynaklanan atık ısı geri kazanılır ve ısıtma amaçlı kullanılır, bu da sistemin genel verimliliğini artırır. Jeotermal enerji sistemlerinde, bu kanatçıklar topraktan çıkarılan termal enerjinin yönetilmesine yardımcı olarak ısı transfer süreçlerini optimize edebilir.
Yeşil ve yenilenebilir enerji girişimlerinde, atık ısı geri kazanımı, karbon ayak izlerini azaltmada ve enerji sistemlerinin sürdürülebilirliğini artırmada kritik bir rol oynar. Bu yaklaşım, kaynak verimliliğini artırarak ve etkili ısı yönetimi yoluyla işletme maliyetlerini azaltarak yalın üretim ilkeleriyle uyumludur. Ayrıca, ESG projelerinde, bu tür teknolojilerin dahil edilmesi, çevresel etkiyi en aza indirme ve kaynak kullanımını optimize etme taahhüdünü göstererek daha geniş sürdürülebilirlik hedefleriyle uyum sağlar.
Isı Geri Kazanımı – İlgili Projeler
Tunnel Tech, soğutmalı yönlendirme kanatçıkları kullanarak atık ısı geri kazanımı için tasarlanmış ısı değişimi ve HVAC sistemlerini içeren projeleri uygulama konusunda geniş deneyime sahiptir. Aksi takdirde kaybolacak olan termal enerjiyi yakalamak ve yeniden kullanmak için tasarlanmış ısı değişimi kurulumlarına bu kanatçıkları entegre ederek Tunnel Tech, çeşitli endüstriyel ve ticari süreçlerden atık ısının daha etkili bir şekilde geri kazanılmasını sağlar. Bu yaklaşım yalnızca enerji verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda enerji tüketimini ve işletme maliyetlerini azaltarak sürdürülebilirlik hedeflerini de destekler.
Uygulamalar
Yönlendirme kanatçıklarımız çok çeşitli endüstrilere ve uygulamalara hizmet etmektedir
HVAC Sistemleri
| Ticari Binalar | Kanal sistemi optimizasyonu; Enerji verimliliği; İşletme maliyetlerinin düşürülmesi; Hava kalitesi ve sıcaklığın verimli yönetimiyle sağlık ve güvenliğin artırılması; |
| Konut Kompleksleri | Optimum hava kalitesi ve akışı ile konforlu yaşam ortamları sağlayın; Sağlık ve güvenliği artırın; |
| Veri Merkezleri | Termal yönetim hava akışı kanatçıkları, sunucu performansı ve uzun ömürlülüğü için kritik sıcaklık ve nem seviyelerini korur; |
İnşaat Mühendisliği Havalandırma Sistemleri
| Hastaneler ve Sağlık Tesisleri | Sessiz çalışan yönlendirme kanatçıkları, hastaları ve personeli korumak için hayati önem taşıyan hava kalitesi kontrolü sağlar; hava kalitesini ve sıcaklığı verimli bir şekilde yöneterek sağlık ve güvenliği artırır |
| Eğitim Kurumları | Gelişmiş hava sirkülasyonu ile elverişli öğrenme ortamları yaratın |
Çevresel Kontrol
| Elektronik, Biyoteknoloji, Gıda Teknolojisi ve diğer Yüksek Teknoloji Tesisleri / Temiz Odalar | Yüksek teknoloji ve zorlu üretim süreçleri için sıcaklık ve nemi düzenleyin; İklimlendirme kılavuz kanatçıkları, üretim ve araştırma için katı hava akışı standartlarını korur |
| Spor Arenaları | Hem sporcular hem de seyirciler için konfor ve güvenliği sağlayın |
Endüstriyel ve Özel Uygulamalar
| Tünel İnşaatı ve Bakımı | Tünel ortamlarındaki işçiler için hava kalitesini ve güvenliği artırın; |
| Endüstriyel Tesisler | Kanal sistemi optimizasyonu; Enerji verimliliği; Sürdürülebilir kalkınma; İşletme maliyetlerinin düşürülmesi; |
| Dökümhaneler ve ağır sanayi tesisleri | Enerji verimliliği; İşletme maliyetlerinin düşürülmesi; Atık ısı enerjisi geri kazanımı; Dekarbonizasyon ve ESG; Ağır hizmet tipi HVAC hava kanalları; Termal yönetim; |
| Gemi İnşa Mühendisliği | Mürettebat konforu ve ekipman güvenilirliği için gemilerde ve denizaltılarda havalandırma sistemlerini iyileştirin; |
| Madencilik ve Yeraltı İnşaatı | Madencilik sahalarına ve diğer yeraltı yapılarına hayati havalandırma sağlayarak tehlikeli koşul riskini azaltın; |
Bu uygulamaların her biri, TunnelTech'in yönlendirme kanatçıklarının gelişmiş tasarımından ve işlevselliğinden önemli ölçüde yararlanarak verimli hava akışı yönetiminde ileriye doğru bir sıçrama kaydeder. Müşterilerimiz, TunnelTech'in düşük sürtünmeli hava yönlendirme kanatçıklarını seçerek, sistem performans hedeflerini yalnızca karşılamakla kalmayıp aşmayı bekleyebilirler; üstelik tüm bunları yaparken
- •enerji tüketimini * %30'a kadar azaltarak
- •gürültüyü * %60 oranında azaltarak, geleneksel hava kanallarına kıyasla.
* – TT45Pro rüzgâr tüneli geometrisi için deneysel sonuçlar.
Sorularınız ve yönlendirme kanatçıklarımızın özel ihtiyaçlara uyacak şekilde nasıl özelleştirilebileceği hakkında daha fazla ayrıntı için lütfen ekibimizle iletişime geçin. TunnelTech, optimum hava akışı yönetimi çözümlerine ulaşmada ortağınız olsun.
Kurulum ve Bakım
- •Boyutlar ve Özellikler
Kurulumdan önce kanal boyutlarını ve yönlendirme kanatçığı özelliklerini doğrulayın
- •Montaj Seçenekleri
Kelepçeli, cıvatalı ve kaynaklı konfigürasyonlarda mevcuttur
- •Yük Taşıma
Güvenli taşıma ve konumlandırma için yük taşıma yönergelerini izleyin
- •Adım Adım Kurulum
Her ürün teslimatıyla birlikte ayrıntılı kurulum talimatları verilir
- •Denetim Programı
Kanatçık hizalamasını ve yapısal bütünlüğü sağlamak için düzenli görsel denetimler
- •Temizlik Prosedürleri
Kanatçık yüzeylerindeki toz ve birikintileri temizlemek için periyodik temizlik
- •Aşınma ve Yıpranma İzleme
Korozyon, erozyon veya mekanik hasar belirtilerini izleyin
- •Sorun Giderme Kılavuzu
Titreşim, gürültü veya düşük hava akışı verimliliği gibi yaygın sorunları ele alın
Dokümantasyon
Tunnel Tech rüzgâr tüneli köşe bölümü montajları ve yönlendirme kanatçığı parametrelerine ilişkin teknik bilgiler, TTE-TSA ve TTE-TV ürünleri için kapsamlı bir veri sayfasında mevcuttur. Dokümantasyon; tasarım seçenekleri, yatay ve dikey 90 derecelik akış dönüş köşeleri için yerel dirençlerin yanı sıra soğutmalı yönlendirme kanatçıkları için hidrolik ve ısı transferi parametrelerini içerir.
TTE-TSA Veri Sayfasını İndir (PDF)Referanslar ve İlgili Yayınlar
Rüzgâr tünelleri, endüstriyel kanal sistemleri, HVAC kanalları ve hava akışı yönetim ekipmanları, fan doğrultucular vb. için döner kanatların tasarımı ve optimizasyonu hakkında ek bilgiler aşağıdaki bağlantılarda bulunabilir:
- Baals, D.D., and W.R. Corliss. Wind Tunnels of NASA. NASA; SP-440. Scientific and Technical Information Branch, National Aeronautics and Space Administration, 1981. books.google.rs
- Barlow, J.B., W.H. Rae, and A. Pope. Low-Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1999. books.google.rs
- Pope, A., and K.L. Goin. High Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1965. books.google.rs
- Idelchik, I. E. “Handbook of Hydraulic Resistance, Revised and Augmented.” Begell House, 2008. begellhouse.com
- Nikuradse, J. 1933. Strömungsgesetz in rauhen Rohren, VDI Forschungshefte 361. (English translation: Laws of flow in rough pipes). Technical report, NACA Technical Memorandum 1292. National Advisory Commission for Aeronautics (1950), Washington, DC. ntrs.nasa.gov
- Nikuradse, J. (1931), Strömungswiderstand in rauhen Rohren. Z. angew. Math. Mech., 11: 409-411. doi.org/10.1002/zamm.19310110603
- Nikuradse, J. 1932. Laws of turbulent flow in smooth pipes (English translation). NASA TT F-10: 359 (1966).
- Nikuradse, J. 1930. Widerstandsgesetz und Geschwindigkeitsverteilung von turbulenten Wasserströmung in glatten und rauhen Rohren, Proc. 3rd Int. Cong. Appl. Mech., Stockholm, 239-248.
- Moody, L. F. 1944. Friction factors for pipe flow. Trans. ASME, 66, 671–684. doi.org/10.1115/1.4018140
- Colebrook, C. (1939). Turbulent Flow in Pipes, with Particular Reference to the Transition Region between the Smooth and Rough Pipe Laws. Journal of the Institution of Civil Engineers, Volume 11 Issue 4, February 1939, pp. 133-156. doi.org/10.1680/ijoti.1939.13150
- Colebrook, C. F. (February 1939). “Turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region between smooth and rough pipe laws”. Journal of the Institution of Civil Engineers. London. Volume 12 Issue 8, October 1939, pp. 393-422. doi:10.1680/ijoti.1939.14509.
- McKeon, Beverley J., Chris J. Swanson, Mark V. Zagarola, Russell James Donnelly, and Alexander J. Smits. “Friction Factors for Smooth Pipe Flow.” Journal of Fluid Mechanics 511 (2004): 41–44. doi.org/10.1017/S0022112004009796
- Mehta R.D., Bradshaw P. Design rules for small low speed wind tunnels. The Aeronautical Journal. 1979;83(827):443-453. doi.org/10.1017/S0001924000031985
- Cattafesta, Louis, Chris Bahr, and Jose Mathew. “Fundamentals of Wind-Tunnel Design.” In Encyclopedia of Aerospace Engineering. John Wiley & Sons, Ltd, 2010. doi.org/10.1002/9780470686652.eae532
- Hurtado, J.P.; Villegas, B.; Pérez, S.; Acuña, E. Optimization Study of Guide Vanes for the Intake Fan-Duct Connection Using CFD. Processes 2021, 9, 1555. doi.org/10.3390/pr9091555 mdpi.com
- Gelder, T.F., Moore, R.D., Sanz, J.M. and McFarland, E.R. Wind tunnel turning vanes of modern design. 24th Aerospace Science Meeting. NASA Technical Memorandum, AIAA Paper 86-0044. Reno, Nevada, January 1986. semanticscholar.org
- Schirf, Collin. “Optimization of Expanding Turning Vanes by Bezier Curve Parameterization,” Master Dissertation, University of Maryland, 2019. doi.org/10.13016/5x1x-gxhz
- Almeida, Odenir De, Frederico Carnevalli De Miranda, Olivio Ferreira Neto, and Fernanda Guimarães Saad. “Low Subsonic Wind Tunnel – Design and Construction.” Journal of Aerospace Technology and Management 10 (February 26, 2018). doi.org/10.5028/jatm.v10.716
- Modi, P. P., and S. Jayanti. “Pressure Losses and Flow Maldistribution in Ducts with Sharp Bends.” Chemical Engineering Research and Design 82, no. 3 (2004): 321–31. doi.org/10.1205/026387604322870435
- Kotb, N. A. E., M. R. Mokhtarzadeh-Dehghan, and A. J. Ward-Smith. “A Numerical Study of Laminar and Turbulent Flows in a Two-dimensional Bend with or without a Guide Vane.” International Journal for Numerical Methods in Engineering 26, no. 1 (January 1988): 245–62. doi.org/10.1002/nme.1620260117
- Sahlin, A.; Johansson, A.V. Design of guide vanes for minimizing the pressure loss in sharp bends. Fluids A Fluid Dyn. 1991, 3, 1934–1940.
- Crawford, N.M.; Cunningham, G.Y. Prediction of Pressure Drop for Turbulent Fluid Flow in 90° Bends. Sage: London, UK, 2003; pp. 153–155.
- Kumar, S.; Nandi, N. Change in Flow Separation and Velocity Distribution Due to Effect of Guide Vane Installed in a 90° Pipe Bend. Mech. Eng. 2017, 21, 353–361.
Ayrıca bakınız:
- Moody diyagramı: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
- Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- Sürtünme faktörü: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- Sürtünme kaybı: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss