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 ve bu da daha yüksek basınç kayıplarına ve türbülansa yol açar. Bu durum, hava akışını sürdürmek için daha fazla enerji talep ederek sistemin verimliliğinden ödün vermekle kalmaz, aynı zamanda türbülanslı akışların uyguladığı eşit olmayan 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). Köşelerin içine monte edilmek üzere tasarlanan kanal köşe kanatçıkları, havanın dönüşü minimum dirençle geçmesini sağlayarak, pürüzsüz yarıçaplı kıvrımların gerektirdiği ek alana ihtiyaç duymadan basınç kayıplarını etkili bir şekilde azaltır ve türbülansı hafifletir. Bu durum, 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
Jenerik 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, türbülans, gürültü ve basınç kayıplarının (Şekil 4, durum 1'de görüldüğü gibi keskin bir kıvrımda yaygındır) bir miktar hafifletilmesinde etkili olsalar da kendi sorunlarına sahiptirler.
Bükülmüş akış yönlendiricilerine sahip, pürüzsüz kavisli sac metalden yapılmış bir dönüşe sahip birkaç geleneksel havalandırma kanalı sistemi soldaki Şekil 2'de sunulmaktadır. Resim, HVAC kanallarında yaygın olarak kullanılan, örneğin DW144 kanal sistemi standartlarıyla uyumlu standart varyantların birkaç örneğini temsil etmektedir.
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; orta ve büyük ölçekli havalandırma ve soğutma sistemleri ile yüksek kapasiteli güç üretimi, metalürji, turbo makineler, ısı eşanjörleri, atık ısı geri kazanımı ve hidrolik verimlilik ile enerji tasarrufunun şart olduğu modern yeşil ve yenilenebilir enerji uygulamaları için iyi bir çözüm değildir.
Ancak, bir hidrolik ağın enerji tüketiminin mükemmel bir şekilde optimize edilmesi gerektiğinde her seferinde özel, standart dışı bir kanal inşa etmeye gerek yoktur. Aynı Şekil 2'nin sağ tarafı, HVAC sistemleri için endüstri standartlarını karşılarken aynı zamanda enerji tasarruflu, düşük gürültülü ve düşük türbülanslı olan, ancak büyük ölçekli ve yüksek güçlü endüstriyel kullanım senaryolarında da kullanılabilen Tunnel Tech'in köşegen kılavuz kanatçık bölümünün bir varyantını göstermektedir. Köşegen yönlendirme kanatçığı bölümünün kolayca entegre edilebileceği büyük ölçekli bir tesis örneği Şekil 3'te gösterilmektedir.
Şekil 2. Sac metalden yapılmış ayırıcı kanatçıklı geleneksel orta ölçekli HVAC pürüzsüz dirsek, DW144 standardı (solda) ve standart hava kanalları için yüksek performanslı Tunnel Tech yönlendirme kanatçığı köşegen montajı (sağda).
Şekil 3. Rüzgâr tünelleri, güç üretimi ve endüstriyel uygulamalar için büyük ölçekli Tunnel Tech hava kanalı dönüş bölümleri.
Basınç Düşümü, Türbülans ve Gürültü Azaltma için Yönlendirme Kanatçığı Tasarımı
Farklı dönüş köşesi tasarımlarının karşılaştırılması 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 kapalı alanda skydiving için profesyonel sınıf dikey rüzgâr tünelleri çoğu zaman dönüş bölümündeki akış hızının 10 ile 30 m/s arasında değiştiği modlarda çalışır. CFD hesaplamaları, 20 C'de 1 standart atmosfer ve sıfır hava nemi için sıkıştırılabilir bir gaz ve 250 µm pürüzlülüğe sahip adyabatik bir duvar ile gerçekleştirilmiştir. Etki alanı başına 6 ila 10 milyon hücrelik ağ (mesh) kullanılmıştır. Giriş sınırında düz giriş profili ve %2 türbülans uygulanmıştır. Türbülans, k-ε modeli kullanılarak işlenmiştir.
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 senaryosu için genel olarak yorumlanamaz. Her gerçek havalandırma sistemi veya diğer hidrolik ağlar için; spesifik hidrolik parametreler, kanal boyutu ve şekli, pürüzlülük ve yapısal düzensizlikler, akış homojensizlikleri ve kesin fiziksel gaz parametreleri her hesaplama noktası için dikkate alınmalıdır. Bizimle iletişime geçerek belirli bir sistem için böyle bir hesaplama sipariş edebilirsiniz.
Aşağıdaki tasarım durumları açıklanmaktadır:
- Kılavuz kanatçıkları olmayan köşe bölümü.
- Radyal bükümlü akış yönlendiricilerine sahip, pürüzsüz kavisli köşe bölümü (r = kanal yüksekliğinin ½'si). Basınç düşümü aynı zamanda kanal ayırıcılarının sayısına ve geometrisine de bağlıdır. Optimum şekilli hava akışı ayırıcı plakalarının sayısının en aza indirildiği örnek gösterilmiştir.
- Basit radyal kavisli ince plakalar (10-20 mm kalınlığında).
- En yakın rakiplerin tipik, optimize edilmemiş yönlendirme kanatçıkları.
- Optimize edilmiş bir profile sahip Tunnel Tech yönlendirme kanatçıkları (TTE-TV).
Az sayıda basit bükülmüş plaka ayırıcısına 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 ve bunun da düzensiz akışa, büyük türbülansa ve gürültüye yol açacağını göstermektedir. Dönüş yarıçapı ne kadar küçük olursa; akış ayrılması, basınç ve hız alanı bozulması, gürültü seviyesi ve basınç düşümü değerinin artma olasılığı da o kadar yüksek olur.
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 yerleştirmek için gereken artan alan ve kanal kesitine göre boyutlandırılmış çok sayıda radyal hava kanalı ayırıcısının malzeme maliyeti. Büyük kanal sistemlerinde, pürüzsüz yarıçaplı kıvrımların uygulanması mantıksız derecede büyük yapılara yol açabilir ve bu yaklaşımı, özellikle alanın kısıtlı olduğu birçok senaryoda pratik olmaktan çıkarır. İhtiyaç duyulan ek alan aşağıdaki Şekil 4, durum 2'de kesik çizgilerle gösterilmiştir. Her dönüşün yüksekliği ve genişliği, kanal boyutunun en az ½'si kadar artırılmalıdır. Kapalı devre rüzgâr tünelleri için bu, bina boyutlarının her yönde birkaç metre artması anlamına gelir ki bu da daha yüksek kanal maliyetlerine ve daha yüksek sermaye yatırımlarına yol açar. Ayrıca, her bir akış bölücü kanal duvarı ile aynı maliyete sahip olacaktır.
Şekil 4. 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 köşegen boyunca yerleştirilmiş kanat profiline sahip dönüş bölümü yönlendirme kanatçıklarıdır.
Yukarıdaki tüm CFD görüntüleri, kapalı alanda skydiving ve düşük hızlı ses altı rüzgâr tüneli kullanım senaryolarıyla en çok ilgili olan, 20 m/s hava akış hızında 2x2 m girişli hava kanalı köşe bölümüne karşılık gelmektedir.
Şekil 4 durum 3, ince bükülmüş metal saclardan yapılmış basit kılavuz kanatçıklara sahip bir köşe bölümünü göstermektedir. Şekil 4 durum 4, TunnelTech'in en yakın rakiplerinden temin edilebilen yönlendirme kanatçıklarının en iyi örneğidir. Her ikisi de daha küçük bir veter (kord) uzunluğuna ve optimize edilmemiş bir kanat profili şekline sahiptir; bu da bölüm çıkışında artık akış düzensizliğine, daha yüksek aerodinamik dirence ve hava kanalı gürültüsüne neden olur. Basit bükülmüş metal saclardan 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 soğutmalı yönlendirme kanatçıklarının ısı transferi için kullanıldığı uygulamalarda istenmeyen bir durumdur.
Şekil 4 durum 5'in alt kısmında, yüksek performanslı Tunnel Tech yönlendirme kanatçıkları ile donatılmış hava kanalı köşesi gösterilmektedir (sipariş için şu parça numarasına bakın: TTE-TV-90). Kesitlerden de görülebileceği gibi, uygun profilli kılavuz kanatçıklar kullanıldığında akış daha düzgündür; bu da daha az basınç düşümüne 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 skydiver'lar ve diğer müşteriler tarafından yapılan sayısız incelemede de yansıtıldığı gibi, rakipsiz Tunnel Tech aerodinamik kalitesiyle sonuçlanır.
Veter uzunluğu ve soğutma seçenekleri de dahil olmak üzere yukarıda tartışılan tüm veriler <strong>Tablo 1'de</strong> de mevcuttur.
| Durum / Kanatçık tipi | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Veter uzunluğu (mm) | Soğutma |
|---|---|---|---|---|
| 1. Kanatç ık yok, keskin dönüş | 114 | 0.47 | — | Hayır |
| 2. Pürüzsüz 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 olan hız aralığında, başlangıç verilerinin seçiminden kaynaklanan hiçbir varyasyon olmaksızın hidrolik kayıp katsayısı değerleri Şekil 5'te verilmiştir.
Kanal uzunluğu boyunca hidrolik kayıplar, yerel direnç ve toplam hidrolik kayıp katsayısı hakkında daha fazla detay 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 kanatçık bölümü türbülans ölçeği (m) @ 20 m/s
Pürüzsüz ve öngörülebilir basınç/hız profili, deneysel rüzgâr tünelleri, kapalı alanda skydiving tesisleri ve yüksek güçlü uygulamalar gibi yüksek türbülansın veya akış ayrılmasının kabul edilemez olduğu uygulamalar için özellikle önemlidir. Bu parazitik olayların yanı sıra akış ayrılması ve 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 tesislerde de kabul edilemez. Ek olarak, bu türbülanslı akışlar yaygın bir gürültü kaynağıdır ve sistemin genel performansını ve son kullanıcılara sağlanan konforu daha da azaltır.
Özel doğrultucular, petek yapılar (honeycomb), türbülans giderici ağlar veya diğer hava akışı yönetim cihazları kullanılmadığında akış düzensizliklerinin daha da gelişme ve yoğunlaşma eğiliminde olduğu da dikkate alınmalıdır [1-3]. Hassas gaz dinamiği analizi, hidrolik ağın önceki elemanında üretilen gerçek giriş basıncı/hız profilini dikkate alarak bir sonraki her 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 alanı ile gerçekleştirilir. Bu nedenle, akış yönünde gelişen ciddi akış düzensizlikleri, yük taşıyıcı yapıların güvenlik açısından kritik incelemelerine de hata katabilir.
Yaklaşık yöntemler genellikle hidrolik ağ elemanının girişindeki hız profilinin bozulmasıyla ilgilenmez ve en iyi ihtimalle profilin gelişmiş veya henüz gelişmemiş (tekdüze) 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 olan yerlerde, büyük hız profili düzensizliklerinin ortaya çıkmasından kaçınılmalıdır.
Şekil 6'da ve yukarıda gösterilenlerden, TunnelTech yönlendirme kanatçıklarına sahip dönüş bölümlerinin parametrelerinin ek akış bozuklukları yaratmadığı, aynı zamanda dönüş bölümünün akış yönündeki girdapları ve düzensizlikleri sönümlemek için de kullanılabileceği görülebilir. Böylece, TunnelTech kanatçıklarına sahip döner bölüm aynı zamanda etkili bir akış doğrultucu olarak da işlev görebilir; eksenel fan, kanal difüzörü, ısı eşanjörü, test bölümü, bir kanala dallanma veya bağlantı yapma ya da türbülans üreten diğer herhangi bir nesneden sonra monte edilir.
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 ifade edilebilir:
ξSUM = ξL + ξ0
Düz doğrusal bir hava kanalı için uzunluk direnci, uzunlukla doğru ve hidrolik çapla ters orantılıdır; bu durum şu formülle ifade edilir:
ξL = (L / D) · f
burada f, Darcy sürtünme faktörüdür.
Basit şekilli borular (örn. daire, kare, altıgen) söz konusu olduğunda, f yalnızca Reynolds sayısına bağlı doğrusal olmayan bir bağıntı ile ifade edilebilir – bkz. [4] içindeki Bölüm 2 veya https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Pürüzsüz duvarlara sahip, girişte gelişmiş stabilize bir akış profili olan ve türbülanslı rejim (Reynolds sayıları Re > 4×103) için basit yuvarlak bir borunun (dairesel kanal) 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, ilk olarak Nikuradze tarafından [5-8]'de yayınlanan, çeşitli bağıl duvar pürüzlülükleri için Reynolds sayısı Re'ye karşı Darcy sürtünme faktörünün bir 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 dairesel olmayan diğer 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 söz konusu olduğunda, toplam direnci uzunluk direnci ve yerel direncin bir toplamı ξSUM = ξL + ξ0 olarak ifade etmek hala mümkündür.
Toplamın bu şekilde gösterimi kanal parametrelerinin incelenmesini basitleştirir, çünkü yerel direnç ξ0 basitleştirilmiş bir eleman geometrisi için hesaplanabilir – örneğin, daha küçük bir hesaplama alanına sahip problemin periyodik bir formülasyonunda veya problemin 2B versiyonunda. Bölümün 3 metre yüksekliğe ve 18 metre uzunluğa sahip olduğu ve ağ (grid) yakınsamasının 10 milyondan fazla mesh 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 kadar daha az sayıda mesh elemanına sahip olabilir ve ΔP(v) grafiği için her bir hız noktasının basitleştirilmiş hesaplaması saatler yerine sadece dakikalar veya hatta saniyeler sürer.
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 dayanan basitleştirilmiş denklemler kullanılarak yaklaşık formüllerle hızlı bir şekilde tahmin edilebilir. Akış yönünde ani değişiklikler olan hidrolik ve kanal ağı elemanları için (açılı dirsekler, pürüzsüz kıvrımlar, yönlendirme kanatçıkları olan ve olmayan farklı açılardaki kıvrımlar), benzer bir yaklaşım ve yöntem kapsamlı Hidrolik Direnç El Kitabı [4] içindeki Bölüm 6-1 ve 6-2'de sunulmaktadır.
Teknik Özellikler
Hassas mühendislik ve performans hesaplamaları için kapsamlı teknik veriler.
Entegre Soğutma Teknolojisi
Tünel tasarımında devrim yaratan yönlendirme kanatçıklarımız, hava akışı kalitesinden ödün vermeden üstün ısı değişim verimliliği sağlayan entegre dahili soğutma kanallarına sahiptir.
- Yüzlerce kilovattan onlarca megavata kadar ölçeklenebilir devasa ısı dağıtma kapasitesi.
- Hava akışı türbülansı veya akış kalitesi üzerinde sıfır olumsuz etki ile verimli termal yönetim.
- Maksimum termal verimlilik için kanat başına altı entegre dahili soğutma kanalı ile tasarlanmıştır
- Standart endüstriyel su soğutma altyapılarıyla sorunsuz entegrasyon
Üründe Öne Çıkanlar
Tunnel Tech'in hava akışı yönlendirme kanatçıkları (TTE-TV ürünü), hava akışı yönetiminde benzersiz bir verimlilik sunarak bu teknolojinin ön saflarında yer almaktadır. Ürünlerimiz, kapalı alanda 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 indirecek, pürüzsüz hava akışı sağlayacak ve enerji tüketimini azaltacak şekilde tasarlanmıştır.
TunnelTech'in yönlendirme kanatçıkları mükemmel hava kanalı yerel direnç özelliklerine sahiptir. Yukarıda açıklandığı gibi Darcy-Weisbach denklemi kullanılarak hesaplanan direnç parametreleri, aşağıdaki şekillerde (aşağıdaki Şekil 8'e bakın) ve Yönlendirme Kanatçığı Veri Sayfasında sunulmaktadır.
Genel olarak, kanal boyutunun bilinmediği durumlar için değerler; uzunluk boyunca ek duvar direncinin, pürüzlülüğün 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 kanatlık yığının 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 özdirenci tahmin etmek uygundur (elbette tüm hız aralığı için tahmin edilmelidir):
KL = ξL / L = f / Dh
burada Dh kanal hidrolik çapıdır. KL değerini, yukarıda tartışıldığı gibi referans kitaplarından belirlemek kolaydır. 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
Şekil 4'te gösterilen ve hesaplamada kullanılan gaz parametreleri ile pürüzlülüğe sahip 2×2 metrelik kare kanalın yukarıdaki açıklayıcı örnekleri, K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa mertebesinde birim uzunluk başına özdirence sahiptir. Bu değer, kıvrımları, kanatçıkları veya diğer iç ekipmanları hesaba katmadan kare bir kanalı değerlendirirken geçerlidir. Hava kütlesinin kanal boyunca kat ettiği 21 metrelik tam bir uzunluk, ~44 Pascal'lık bir basınç düşümü verecektir. Buna Şekil 8'de gösterilen değerin (Yönlendirme Kanatçığı Veri Sayfasına (Tablo A.2.1) göre alınan 20 m/s hız için 11 Pa) eklenmesi, içinde döner kanatçıklar bulunan gerçek bir 2×2 kare kanal bölümü için toplam 55 Pa'lık bir direnç verir. Bu değer, Şekil 4, durum 5'te gösterilen değerle iyi bir uyum içindedir.
CFD yöntemlerini kullanmadan herhangi bir şekildeki kanal dirençlerini hesaplamanın yaklaşık yolları hakkında daha fazla bilgi <a href="#references">[4]</a> veya benzeri literatürde kolayca bulunabilir.
Not: Lütfen Şekil 4'te gösterilen örneklerin yalnızca döner kanatçıkların çalışmasını göstermek için 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 detaylı bir analize ihtiyaç duyar. Kanal hidrolik direncinin doğru bir şekilde hesaplanması ve havalandırma veya rüzgâr tüneli ekipmanınızın enerji tüketiminin uzman bir 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 kılavuz kanatçıklar arasında benzersiz olan ürünlerimiz, soğutucuyu yüksek bir akış hızında sirküle etme yeteneği sunarak, havanın kanaldan geçerken verimli bir şekilde soğutulmasına veya ısıtılmasına olanak tanır. Bu özellik, iç mekan iklim kontrol kanatçıklarının ve düşük dirençli hava kanalına entegre ısı eşanjörlerinin kullanımı için termal düzenlemede yeni olasılıklar açarak müşterilerimize hava akışı ihtiyaçları için çok yönlü çözümler sunar.
Dış hava ile köşe kanatçığı soğutucusu arasındaki logaritmik ortalama sıcaklık farkının (ΔTLMTD) her bir Kelvin'i için yönlendirme kanatçığı uzunluğunun metresi başına ısı akısını (Watt cinsinden) ölçen HTCL (Doğrusal 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 düzenlemesini garanti eder.
Su soğutmalı yönlendirme kanatçıkları için Isı Transfer Katsayısı parametreleri, hem ıslak hem de kuru hava için Şekil 9'da sunulmaktadır; burada ΔP [kPa], giriş ve çıkış kanatçık portları (Şekil 10'da mavi ve kırmızı) arasındaki su basıncı farkını temsil eder.
Şekil 10. Yönlendirme Kanatçığı Soğutma Kanalları
Şekil 9. HTCL katsayısı. Giriş ve çıkış soğutma kanalı portları arasındaki farklı soğutucu basınç farklarında (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 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 yönlendirerek enerji tüketimini azaltabilir. HVAC sistemlerinde, egzoz ve gelen hava akışları arasında ısı transferi yapan ısı geri kazanımlı havalandırma cihazları (HRV'ler) ve enerji geri kazanımlı havalandırma cihazları (ERV'ler) gibi cihazlar aracılığıyla benzer ilkeler kullanılır. Bu süreç, gelen havayı ısıtmak veya soğutmak için gereken enerjiyi en aza indirerek önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlar.
Ek olarak, soğutmalı yönlendirme kanatçıkları güç 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 amacıyla kullanılarak sistemin genel verimliliği artırılır. Jeotermal enerji sistemlerinde bu kanatçıklar, dünyadan çıkarılan termal enerjinin yönetilmesine yardımcı olarak ısı transferi süreçlerini optimize edebilir.
Yeşil ve yenilenebilir enerji girişimlerinde atık ısı geri kazanımı, karbon ayak izlerinin azaltılmasında ve enerji sistemlerinin sürdürülebilirliğinin artırılmasında kritik bir rol oynar. Bu yaklaşım, etkili ısı yönetimi yoluyla kaynak verimlili ğini artırarak ve işletme maliyetlerini düşürerek yalın üretim ilkeleriyle uyum sağlar. Ayrıca, ÇSY (ESG) projelerinde bu tür teknolojilerin dahil edilmesi, çevresel etkiyi en aza indirme ve kaynak kullanımını optimize etme taahhüdünü göstererek daha geniş sürdürülebilirlik hedefleriyle uyumlu hale gelir.
Isı Geri Kazanımı – İlgili Projeler
Tunnel Tech, soğutmalı yönlendirme kanatçıkları kullanarak atık ısı geri kazanımı için tasarlanmış ısı değişimi ve HVAC sistemlerini içeren projelerin uygulanmasında kapsamlı bir deneyime sahiptir. Aksi takdirde kaybolacak olan termal enerjiyi yakalamak ve yeniden kullanmak üzere tasarlanmış bu kanatçıkları ısı değişim kurulumlarına entegre eden 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 vermektedir
HVAC Sistemleri
| Ticari Binalar | Hava kanalı optimizasyonu; Enerji verimliliği; İşletme maliyetlerinin düşürülmesi; Hava kalitesi ve sıcaklığının verimli yönetimiyle sağlık ve güvenliğin artırılması; |
| Konut Kompleksleri | Optimum hava kalitesi ve akışıyla konforlu yaşam ortamları sağlar; Sağlık ve güvenliği artırır; |
| 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 hava kalitesi kontrolü sağlar; Hava kalitesini ve sıcaklığını verimli bir şekilde yöneterek sağlık ve güvenliği artırır |
| Eğitim Kurumları | Geliştirilmiş hava sirkülasyonu ile elverişli öğrenim ortamları yaratın |
Çevresel Kontrol
| Elektronik, Biyoteknoloji, Gıda Teknolojisi ve Diğer İleri Teknoloji Tesisleri / Temiz Odalar | Yüksek teknoloji ve zorlu üretim süreçleri için sıcaklık ve nemi düzenler; İklimlendirme kılavuz kanatçıkları, üretim ve araştırma için katı hava akışı standartlarını korur |
| Spor Arenaları | Hem sporcular hem de seyirciler için konfor ve güvenlik sağlar |
Endüstriyel ve Özel Uygulamalar
| Tünel İnşaatı ve Bakımı | Tünel ortamlarındaki çalışanlar için hava kalitesini ve güvenliği artırır; |
| Endüstriyel Tesisler | Hava kanalı optimizasyonu; Enerji verimliliği; Sürdürülebilir kalkınma; İşletme maliyetlerinin düşürülmesi; |
| Dökümhaneler ve Ağır Hizmet Tesisleri | Enerji verimliliği; İşletme maliyetlerinin düşürülmesi; Atık ısı enerjisi geri kazanımı; Karbonsuzlaştırma ve ÇSY (ESG); Ağır hizmet tipi HVAC hava kanalları; Termal yönetim; |
| Denizcilik Mühendisliği | Mürettebat konforu ve ekipman güvenilirliği için gemi ve denizaltılardaki havalandırma sistemlerini geliştirir; |
| Madencilik ve Yeraltı İnşaatı | Maden sahaları ve diğer yeraltı yapıları için kritik havalandırma sağlayarak tehlikeli koşul risklerini azaltır; |
Bu uygulamaların her biri, TunnelTech'in yönlendirme kanatçıklarının gelişmiş tasarımından ve işlevselliğinden önemli ölçüde faydalanarak verimli hava akışı yönetiminde ileriye doğru bir sıçrama kaydeder. Müşteriler, TunnelTech'in düşük sürüklenmeli hava kılavuz kanatçıklarını seçerek sistem performans hedeflerini yalnızca karşılamayı değil, aynı zamanda aşmayı da bekleyebilirler; üstelik tüm bunları yaparken
- •enerji tüketimini * %30'a kadar azaltır
- •gürültüyü * %60 oranında azaltır, geleneksel hava kanallarına kıyasla.
* – TT45 PRO rüzgâr tüneli geometrisi için deneysel sonuçlar.
Yönlendirme kanatçıklarımızın özel ihtiyaçlara nas ıl uyarlanabileceği hakkında sorularınız ve daha fazla detay için lütfen ekibimizle iletişime geçin. Optimum hava akışı yönetimi çözümlerine ulaşmada TunnelTech çözüm 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 sağlanan detaylı kurulum talimatları
- •Denetim Programı
Kanatçık hizalamasını ve yapısal bütünlüğü sağlamak için düzenli görsel denetimler
- •Temizlik Prosedürleri
Kanatçık yüzeylerinde biriken toz ve kalıntıları temizlemek için periyodik temizlik
- •Aşınma ve Yıpranma İzleme
Korozyon, erozyon veya mekanik hasar belirtilerini izleyin
- •Sorun Giderme Kılavuzu
Titreşim, gürültü veya azalan hava akışı verimliliği gibi yaygın sorunları giderin
Dokümantasyon
Tunnel Tech rüzgâr tüneli köşe bölümü montajları ve yönlendirme kanatçığı parametreleri hakkındaki 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 parametreleri hakkında bilgiler içerir.
TTE-TSA Veri Sayfasını İndir (PDF)Referanslar ve İlgili Yayınlar
Rüzgâr tünelleri, endüstriyel kanal sistemleri, HVAC kanalları ve hava akışı yönetim ekipmanları, fan doğrultucuları 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. (İngilizce çevirisi: 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 (İngilizce çevirisi). 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