Технологічна стаття

Кутові секції повітропроводів

Високопродуктивні рішення з напрямними лопатками для аеродинамічних труб, систем HVAC та промислового застосування

Огляд Принципи та ефективність Особливості продукту Застосування Встановлення Документація Література

Вступ до напрямних лопаток

У сфері управління повітряним потоком конструкція кутів повітропроводів відіграє ключову роль у ефективності та функціональності вентиляції, систем HVAC та аеродинамічних труб. Коли повітря змушене робити різкий поворот, як це часто вимагається в системі повітропроводів, воно стикається з підвищеним гідравлічним опором, що призводить до вищих втрат тиску та турбулентності. Це не лише погіршує ефективність системи, вимагаючи більше енергії для підтримки повітряного потоку, але й впливає на структурну цілісність повітропроводу через нерівномірний тиск, що створюється турбулентними потоками.

Саме тут у гру вступають напрямні лопатки, також відомі як кутові лопатки або поворотні лопатки (Рис. 1). Розроблені для встановлення всередині кутів, кутові лопатки каналу дозволяють повітрю проходити поворот з мінімальним опором, ефективно знижуючи втрати тиску та пом'якшуючи турбулентність без необхідності додаткового простору, якого вимагають плавні радіусні вигини. Це робить напрямні лопатки ідеальним рішенням для ефективного управління повітряним потоком у компактному просторі.

Рис. 1. Вузол кутової секції з напрямними лопатками Tunnel Tech

Високопродуктивні секції напрямних лопаток, що конкурують із загальними рішеннями HVAC.

Традиційним рішенням для подолання згаданих шкідливих явищ підвищеної турбулентності, втрат тиску та шуму в круто вигнутому каналі є проєктування радіальних колін повітропроводів (Рис. 2 та Рис. 4, випадок 2). Ці коліна, хоча й ефективні в деякому пом'якшенні турбулентності, шуму та втрат тиску (які є звичайними при різкому вигині, як видно на Рис. 4, випадок 1), мають свій набір проблем.

Кілька традиційних систем вентиляційних повітропроводів з поворотом, виготовленим з плавно вигнутого листового металу з гнутими направляючими потоку, представлено на Рис. 2 ліворуч. Зображення представляє кілька прикладів стандартних варіантів, що зазвичай використовуються в повітропроводах HVAC, наприклад, сумісних зі стандартами повітропроводів DW144.

Такі рішення для повітропроводів є поширеними та економічно вигідними для невеликих застосувань у цивільному будівництві, малому бізнесі та малопотужних системах HVAC, де вартість енергії не є значним фактором. Однак ця конструкція не є хорошим рішенням для систем вентиляції та охолодження середнього та великого масштабу, а також для високопродуктивного виробництва електроенергії, металургії, турбомашинобудування, теплообмінників, рекуперації відпрацьованого тепла та сучасних застосувань зеленої та відновлюваної енергетики, де гідравлічна ефективність та енергозбереження є обов'язковими.

Однак немає необхідності будувати спеціальний нестандартний канал кожного разу, коли енергоспоживання гідравлічної мережі потрібно оптимізувати до досконалості. Той самий Малюнок 2 праворуч показує варіант секції діагональних напрямних лопаток Tunnel Tech, яка є енергоефективною, має низький рівень шуму та низьку турбулентність, відповідаючи галузевим стандартам для систем HVAC, але також може використовуватися у великомасштабних та високопотужних промислових випадках. Приклад великомасштабного об'єкта, де секція діагональних напрямних лопаток може бути легко інтегрована, показано на Рис. 3.

Традиційне середньомасштабне плавне коліно HVAC з розділовою лопаткою з листового металу, стандарт DW144 (ліворуч), та високопродуктивний діагональний вузол напрямних лопа�ток Tunnel Tech для стандартних повітропроводів (праворуч)

Рис. 2. Традиційне середньомасштабне плавне коліно HVAC з розділовою лопаткою з листового металу, стандарт DW144 (ліворуч), та високопродуктивний діагональний вузол напрямних лопаток Tunnel Tech для стандартних повітропроводів (праворуч).

Великомасштабні поворотні секції повітропроводів Tunnel Tech для аеродинамічних труб, виробництва електроенергії та промислового застосування

Рис. 3. Великомасштабні поворотні секції повітропроводів Tunnel Tech для аеродинамічних труб, виробництва електроенергії та промислового застосування.

Конструкція напрямних лопаток для зниження перепаду тиску, турбулентності та шуму

Для порівняння різних конструкцій поворотних кутів, втрати тиску (ΔP) та змодельовані за допомогою CFD картини потоку наведені на Рис. 4 нижче. Вхідна швидкість повітряного потоку 20 м/с та квадратний канал 2×2 м були обрані як демонстраційний приклад. Діапазон швидкості 20 м/с був обраний для демонстрації, оскільки зазвичай вертикальні аеродинамічні труби професійного класу для індор-скайдайвінгу більшу частину часу працюють у режимах, коли швидкість потоку в поворотній секції варіюється від 10 до 30 м/с. CFD-розрахунки проводилися для 1 стандартної атмосфери при 20°C та нульовій вологості повітря зі стисливим газом та адіабатичною стінкою з шорсткістю 250 мкм. Використовувалася сітка від 6 до 10 млн. комірок на домен. На вхідній межі застосовувався плоский профіль входу та 2% турбулентності. Турбулентність оброблялася за допомогою моделі k-ε.

NB! Будь ласка, зверніть увагу, що ілюстрації, наведені на Рис. 4, є окремими прикладами, представленими виключно з метою ілюстрації принципів роботи та порівняння кількох типів поворотних кутових секцій. Ці випадки не можуть тлумачитися як загальні для абсолютно кожного випадку використання. Для кожної реальної системи вентиляції або іншої гідравлічної мережі необхідно враховувати конкретні гідравлічні параметри, розмір і форму каналу, шорсткість і структурні нерівності, неоднорідності потоку і точні фізичні параметри газу для кожної розрахункової точки. Ви можете замовити такий розрахунок для конкретної системи, зв'язавшись з нами.

Описано наступні варіанти конструкції:

Кутова секція без напрямних лопаток.
Плавно вигнута кутова секція (r = ½ висоти каналу) з радіально вигнутими направляючими потоку. Перепад тиску також залежить від кількості та геометрії розпірок каналу. Показано приклад з мінімізованою кількістю оптимально сформованих пластин-розділювачів повітряного потоку.
Прості радіально вигнуті тонкі пластини (товщиною 10-20 мм).
Типові неоптимізовані напрямні лопатки найближчих конкурентів.
Напрямні лопатки Tunnel Tech (TTE-TV) з оптимізованим профілем.

Найбільш значущою проблемою кругло-вигнутих каналів з невеликою кількістю простих гнутих пластинчастих розділювачів (або взагалі без напрямних лопаток) є картина розподілу тиску та швидкості на виході з поворотної секції (Рис. 4, випадок 2, див. вихідний поперечний переріз). Ця картина показує, що швидкість зростатиме від зовнішньої стінки до внутрішньої стінки кожного піддомену потоку, що призводить до нерівномірного потоку, великої турбулентності та шуму. Чим менший радіус повороту, тим більша ймовірність відриву потоку, спотворення поля тиску та швидкості, рівня шуму та величини перепаду тиску.

Єдиний спосіб подолати ці проблеми — це великий радіус кривизни такої кутової секції та збільшення кількості напрямних лопаток повітряного потоку. Тут виникає друга проблема — збільшення простору, необхідного для розміщення таких вигинів, та вартість матеріалів для кількох радіальних розпірок повітропроводу, підібраних за розміром поперечного перерізу каналу. У великих системах повітропроводів впровадження плавних радіусних вигинів може призвести до невиправдано великих конструкцій, що робить цей підхід непрактичним у багатьох сценаріях, особливо там, де простір обмежений. Додатковий необхідний простір показано пунктирними лініями на Рис. 4, випадок 2 нижче. Необхідно збільшити висоту та ширину кожного повороту мінімум на ½ розміру каналу. Для рециркуляційних аеродинамічних труб це означає збільшення розмірів будівлі на кілька метрів у кожному напрямку, що призводить до вищих витрат на повітропроводи та вищих капітальних вкладень. Крім того, кожен розділювач потоку коштуватиме стільки ж, скільки стінка каналу.

Рис. 4. Кутові секції в системі повітропроводів - порівняння конструкції та продуктивності

Оптимальним рішенням для аеродинамічних труб та промислової вентиляції є поворотні секції з лопатками крилоподібного профілю, розташованими по діагоналі, як зображено на Рис. 4, випадки 3-5.

Усі наведені вище CFD-зображення відповідають кутовій секції повітропроводу з вхідним отвором 2x2 м при швидкості повітряного потоку 20 м/с, як приклад, найбільш актуальний для випадків використання в індор-скайдайвінгу та низькошвидкісних дозвукових аеродинамічних трубах.

Рис. 4 випадок 3 показує кутову секцію з простими напрямними лопатками, виготовленими з тонких гнутих металевих листів. Рис. 4 випадок 4 є найкращим прикладом поворотних лопаток, доступних у найближчих конкурентів TunnelTech. Обидва варіанти мають меншу довжину хорди та неоптимізовану форму аеродинамічного профілю, що призводить до залишкової нерівномірності потоку на виході з секції, більшого аеродинамічного опору та шуму в повітропроводі. Тонкі лопатки з простих гнутих металевих листів зазвичай перевищують допустимі рівні шуму навіть при низькій швидкості повітря, а варіант з товстим і коротким профілем з низьким співвідношенням хорди до товщини також матиме меншу площу поверхні, що небажано в застосуваннях, де охолоджувані напрямні лопатки використовуються для теплопередачі.

У нижній частині Рис. 4 випадок 5 показано кут повітропроводу, обладнаний високопродуктивними напрямними лопатками Tunnel Tech (для замовлення див. наступний артикул: TTE-TV-90). Як видно з поперечних перерізів, потік є більш рівномірним у випадку правильно профільованих напрямних лопаток, що призводить до меншого перепаду тиску та низької турбулентності.

Профіль тиску/швидкості повітря на виході також значно кращий для кутових секцій Tunnel Tech, обладнаних лопатками з довгою хордою, ніж в інших випадках. Це призводить до неперевершеної аеродинамічної якості Tunnel Tech, що відображено в численних відгуках професійних скайдайверів та інших клієнтів.

Усі обговорені вище дані, включаючи довжину хорди та варіанти охолодження, також доступні в Таблиці 1.

Таблиця 1. Порівняльні параметри для випадків 1-5 з Рис. 4.

Випадок / Тип лопатки	ΔP (Па) (*)	ξ (*)	Довжина хорди (мм)	Охолодження
1. Без лопаток, різкий поворот	114	0.47	—	Ні
2. Плавно вигнута кутова секція	41	0.17	> 2000	Ні
3. Прості радіально вигнуті тонкі пластини	80	0.33	250–500	Ні
4. Напрямні лопатки найближчих конкурентів	88	0.37	280	Так
5. Оптимізовані напрямні лопатки Tunnel Tech	57	0.24	500	Так

Значення коефіцієнта гідравлічних втрат для діапазону швидкостей до 100 м/с для поворотної секції каналу з лопатками TunnelTech та конкурентів, без варіацій через вибір початкових даних, наведені на Рис. 5.

Детальніша інформація про гідравлічні втрати по довжині каналу, місцевий опір та загальний коефіцієнт гідравлічних втрат наведена нижче.

Порівняння поворотної секції Tunnel Tech та конкурента. Коефіцієнт гідравлічних втрат Дарсі-Вейсбаха для однакової геометрії та початкових умов розрахунку.

Рис. 5. Порівняння поворотної секції Tunnel Tech та конкурента. Коефіцієнт гідравлічних втрат Дарсі-Вейсбаха для однакової геометрії та початкових умов розрахунку.

Зменшення турбулентності для надійних розрахунків гідравлічної та структурної безпеки

Рис. 6. Масштаб турбулентності кутової секції з лопатками Tunnel Tech (м) при 20 м/с

Плавний та передбачуваний профіль тиску/швидкості особливо важливий для застосувань, де висока турбулентність або відрив потоку є неприйнятними, таких як експериментальні аеродинамічні труби, комплекси для індор-скайдайвінгу та високопотужні установки. Ці паразитні явища, а також пульсації тиску, спричинені відривом потоку та великомасштабною турбулентністю, також є неприйнятними в установках, які вимагають відсутності акустично індукованих вібрацій і де будь-які відхилення статичного тиску не допускаються через вимоги до структурної стабільності повітропроводу. Крім того, ці турбулентні потоки є поширеним джерелом шуму, що додатково погіршує загальну продуктивність системи та комфорт для кінцевих користувачів.

Слід також враховувати, що нерівномірності потоку мають тенденцію до подальшого розвитку та посилення, якщо не використовуються спеціальні випрямлячі, стільникові решітки, детурбулізаційні сітки або інші пристрої управління повітряним потоком [1-3]. Точний газодинамічний аналіз вимагає розрахунку опору кожного наступного елемента повітропроводу з урахуванням реального профілю тиску/швидкості на вході, який генерується в попередньому елементі гідравлічної мережі. Для довгих гідравлічних мереж часто неможливо виконати CFD-моделювання всієї системи через величезні розміри. У такій ситуації використовуються наближені напівемпіричні розрахунки із залученням безрозмірних чисел рідини та геометричних критеріїв [4] або програмне забезпечення, засноване на таких методах. Також FEA-моделювання для визначення структурної стабільності каналу зазвичай виконується зі стабільним полем статичного тиску, прикладеним до стінок каналу. Таким чином, сильні нерівномірності потоку, що розвиваються нижче за течією, також можуть вносити похибку в критично важливі для безпеки дослідження несучих конструкцій.

Наближені методи зазвичай не враховують спотворення профілю швидкості на вході в елемент гідравлічної мережі, а в кращому випадку враховують, чи є профіль розвиненим або ще не розвиненим (рівномірним), та параметри прикордонного шару. В аеродинамічних трубах та системах промислової вентиляції кожен поворот потоку може спричинити нерівномірність та сильне закручування потоку, що призводить до невизначеності в розрахунках гідравлічного опору в довгих гідравлічних мережах. Тому, де це можливо, слід уникати появи великих нерівномірностей профілю швидкості.

На Рис. 6 та з вищевикладеного видно, що параметри поворотних секцій з напрямними лопатками TunnelTech такі, що вони не створюють додаткових збурень потоку, але також можуть використовуватися для гасіння закруток та нерівномірності нижче за течією від поворотної секції. Таким чином, поворотна секція з лопатками TunnelTech також може діяти як ефективний випрямляч потоку, якщо вона встановлена після осьового вентилятора, дифузора каналу, теплообмінника, випробувальної секції, розгалуження або врізки в канал, або будь-якого іншого об'єкта, що генерує турбулентність.

Коефіцієнт місцевого опору

Характеристики місцевого опору поворотного кута можна розрахувати за допомогою відомого рівняння Дарсі-Вейсбаха:

ΔP = ξ · ρ · v² / 2

Де:

ΔP – повні втрати тиску (перепад тиску) в Па;
ξ – коефіцієнт місцевого опору (Дарсі-Вейсбаха);
ρ – густина рідини/газу (кг/м³);
V – швидкість рідини/газу у вхідному поперечному перерізі (м/с).

Ці параметри, які визначають енергоефективність повітропроводу, значною мірою залежать від конструкції напрямних лопаток.

Згідно з [4], повний опір складного гідравлічного елемента можна представити як суму опору тертя по довжині ξ_L та місцевого опору ξ₀:

ξ_SUM = ξ_L + ξ₀

Для прямолінійного повітропроводу опір по довжині пропорційний довжині та обернено пропорційний гідравлічному діаметру, що виражається формулою:

ξ_L = (L / D) · f

де f — коефіцієнт тертя Дарсі.

У випадку труб простої форми (наприклад, круглих, квадратних, шестикутних), f може бути виражений нелінійною залежністю лише від числа Рейнольдса — див. Розділ 2 у [4] або https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation

Коефіцієнт тертя f для простої круглої труби (круглий канал) з гладкими стінками, з розвиненим стабілізованим профілем потоку на вході та для турбулентного режиму (числа Рейнольдса Re > 4×10³) можна розрахувати за формулою:

f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²

Для реальних каналів також необхідно враховувати шорсткість.

Рис. 7 нижче показує графік коефіцієнта тертя Дарсі залежно від числа Рейнольдса Re для різної відносної шорсткості стінок, вперше опублікований Нікурадзе в [5-8]. Цей графік також відомий як діаграма Муді [9] або кореляція Коулбрука-Вайта [10-11]. Сучасні дослідження для гладких труб можна знайти в [12].

Ця діаграма показує складну залежність f(Re) для круглої труби з різною шорсткістю. Для квадратних та інших некруглих труб діаграма буде складнішою. Таким чином, необхідно враховувати режими потоку (число Рейнольдса), форму каналу та відносну шорсткість стінок.

Діаграма Муді (також відома як Нікурадзе), що показує коефіцієнт тертя Дарсі-Вейсбаха fD залежно від числа Рейнольдса Re для різної відносної шорсткості

Рис. 7. Діаграма Муді (також відома як Нікурадзе), що показує коефіцієнт тертя Дарсі-Вейсбаха f_D залежно від числа Рейнольдса Re для різної відносної шорсткості – Оригінальна діаграма: S Beck and R Collins, University of Sheffield, Shared under CC BY-SA 4.0, wikimedia.org

У випадку реальних шорстких каналів все ще можливо представити повний опір як суму ξ_SUM = ξ_L + ξ₀ опору по довжині та місцевого опору.

Таке представлення суми спрощує вивчення параметрів каналу, оскільки місцевий опір ξ₀ можна розрахувати для спрощеної геометрії елемента – наприклад, у періодичній постановці задачі з меншим розрахунковим доменом або у 2D версії задачі. Зверніть увагу на величезний розмір обчислювального домену прикладів, показаних на Рис. 4, де секція має висоту 3 і довжину 18 метрів, а збіжність сітки починає адекватно проявлятися при розмірі понад 10 мільйонів елементів сітки. Варіант постановки задачі з періодичними або 2D умовами для цих випадків міг би мати на порядок меншу кількість елементів сітки, а спрощений розрахунок кожної точки швидкості для графіка ΔP(v) зайняв би лише лічені хвилини або навіть секунди, а не години.

Таким чином, поділ на суму двох опорів може значно спростити розрахунки – можна швидко визначити місцевий опір ξ₀, а потім додати опір по довжині ξ_L. Останній можна швидко оцінити з відомих таблиць або за наближеними формулами, використовуючи спрощені рівняння на основі безрозмірних чисел та параметрів геометрії повітропроводу. Для гідравлічних елементів та елементів мережі повітропроводів з різкими змінами напрямку потоку (кутові коліна, плавні вигини, вигини під різними кутами з напрямними лопатками та без них) подібний підхід і метод представлені в розділах 6-1 та 6-2 у вичерпному Довіднику з гідравлічного опору [4].

Особливості продукту

Напрямні лопатки повітряного потоку Tunnel Tech (продукт TTE-TV) знаходяться на передовій цієї технології, пропонуючи неперевершену ефективність в управлінні повітряним потоком. Наші продукти розроблені для широкого спектру застосувань, від комплексів для індор-скайдайвінгу та аеродинамічних труб до систем HVAC та вентиляції, втілюючи передові досягнення аеродинамічного дизайну та енергоефективності.

Продуктивність секції напрямних лопаток у повітропроводах

Високопродуктивні напрямні лопатки повітряного потоку Tunnel Tech встановлюють галузевий стандарт потужності та аеродинамічної ефективності. Наші енергозберігаючі напрямні лопатки розроблені для мінімізації аеродинамічного тертя, забезпечуючи плавний потік повітря та знижуючи енергоспоживання.

Напрямні лопатки TunnelTech мають відмінні характеристики місцевого опору повітропроводу. Параметри опору, розраховані за допомогою рівняння Дарсі-Вейсбаха, як описано вище, представлені на наступних малюнках (див. Рис. 8 нижче) та в Технічному паспорті напрямної лопатки.

Загалом, для випадку, коли розмір каналу невідомий, наводяться значення для ідеалізованого елемента з періодичними бічними граничними умовами, без урахування внеску додаткового опору стінок по довжині, шорсткості та впливу інших місцевих параметрів. На Рис. 8 наведені значення для ідеалізованого поворотного кутового елемента з лопатками Tunnel Tech, який був розрахований у наближенні нескінченної періодичної послідовності з 15 лопаток з періодичними граничними умовами.

Рис. 8. Коефіцієнт місцевого опору напрямної лопатки Tunnel Tech та відповідний перепад тиску.

Якщо система HVAC або інша гідравлічна система складається з каналів, які загалом не змінюють форму поперечного перерізу зони потоку вздовж шляху потоку, зручно оцінювати питомий опір на одиницю довжини для наближених розрахунків (звісно, оцінюється для всього діапазону швидкостей):

K_L = ξ_L / L = f / D_h

де D_h — гідравлічний діаметр каналу. Значення K_L легко визначити з довідників, як обговорювалося вище. Таким чином, помноживши це на довжину і додавши значення місцевого опору ξ₀, отримані з технічних паспортів або розраховані незалежно, можна швидко оцінити загальні втрати тиску в системі.

ξ_SUM = K_L · L + ξ₀

Наведені вище ілюстративні приклади, показані на Рис. 4, для квадратного каналу 2×2 метри з параметрами газу та шорсткістю, використаними в розрахунку, мають питомий опір на одиницю довжини порядку KL = ξL / L ~ 2.1 Па. Це значення застосовується при оцінці квадратного каналу без урахування вигинів, лопаток або іншого внутрішнього обладнання. Для повної довжини 21 метр, яку повітряна маса проходить уздовж каналу, це дасть перепад тиску ~44 Паскаля. Додавання до цього значення, показаного на Рис. 8 (11 Па для швидкості 20 м/с, взято згідно з Технічним паспортом напрямної лопатки (Таблиця A.2.1)), дає загальний опір 55 Па для реальної секції квадратного каналу 2×2 з поворотними лопатками в ній. Це значення добре узгоджується зі значенням, показаним на Рис. 4, випадок 5.

Більше інформації про наближені способи розрахунку опору каналів будь-якої форми без використання методів CFD можна легко знайти в <a href="#references">[4]</a> або подібній літературі.

NB! Будь ласка, зверніть увагу, що приклади, показані на Рис. 4, є лише окремим випадком для демонстрації роботи поворотних лопаток і не можуть бути використані для оцінки довільного каналу! Рис. 8 застосовний у ширшому контексті, однак необхідно враховувати конкретні параметри каналу клієнта. Кожна конкретна система потребує детального аналізу, який ви можете замовити у Tunnel Tech. Для точного розрахунку гідравлічного опору каналу та експертної оцінки енергоспоживання вашого вентиляційного обладнання або аеродинамічної труби, будь ласка, зв'яжіться з нами.

Додаткову інформацію про послуги та R&D також можна знайти на сторінці Технології та в розділі Послуги.

Напрямні лопатки для промислового охолодження та обігріву

Унікальні серед напрямних лопаток для промислових повітропроводів, наші продукти пропонують можливість циркуляції охолоджувальної рідини з високою швидкістю потоку, що дозволяє ефективно охолоджувати або нагрівати повітря під час його проходження через канал. Ця функція відкриває нові можливості в терморегуляції для використання лопаток клімат-контролю в приміщеннях та інтегрованих у повітропровід теплообмінників з низьким опором, надаючи нашим клієнтам універсальні рішення для їхніх потреб у повітряному потоці.

Оцінені за допомогою методу розрахунку HTC_L (Коефіцієнт теплопередачі на лінійний метр), який кількісно визначає тепловий потік (у Ватах) на метр довжини напрямної лопатки для кожного Кельвіна середньологарифмічної різниці температур (ΔT_LMTD) між зовнішнім повітрям та охолоджувальною рідиною кутової лопатки, наші напрямні лопатки розроблені для ефективного розсіювання тепла в різних умовах повітряного потоку, гарантуючи стабільну роботу та регулювання температури.

Параметри коефіцієнта теплопередачі для охолоджуваних водою напрямних лопаток представлені на Рис. 9, як для вологого, так і для сухого повітря, де ΔP [кПа] представляє різницю тиску води між вхідним та вихідним портами лопатки (синій та червоний на Рис. 10).

Рис. 10. Канали охолодження напрямних лопаток

Рис. 9. Коефіцієнт HTC_L. Сухе (RH=0%) та вологе повітря (RH=90% при 30 °C) при різному перепаді тиску охолоджувальної рідини (води) між вхідним та вихідним портами каналу охолодження.

Напрямні лопатки для рекуперації відпрацьованого тепла

Охолоджувані напрямні лопатки з інтегрованими каналами теплообміну пропонують універсальне рішення для рекуперації відпрацьованого тепла в різних застосуваннях. При інтеграції в системи теплообміну ці лопатки можуть вловлювати надлишкову теплову енергію, яка інакше була б втрачена, передаючи її в системи рекуперації тепла, тим самим значно підвищуючи загальну ефективність системи.

У практичних застосуваннях ця технологія може використовуватися в багатьох сферах. Наприклад, у промислових процесах охолоджувані напрямні лопатки можуть рекуперувати відпрацьоване тепло з вихлопних газів і перенаправляти його для попереднього нагрівання вхідних рідин або повітря, тим самим знижуючи енергоспоживання. У системах HVAC подібні принципи застосовуються через такі пристрої, як вентилятори з рекуперацією тепла (HRV) та вентилятори з рекуперацією енергії (ERV), які передають тепло між потоками витяжного та вхідного повітря. Цей процес мінімізує енергію, необхідну для нагрівання або охолодження вхідного повітря, що призводить до значної економії енергії.

Крім того, охолоджувані напрямні лопатки можуть бути інтегровані в системи, що використовуються в секторах виробництва електроенергії та відновлюваної енергетики. Наприклад, у когенераційних системах (CHP) відпрацьоване тепло від виробництва електроенергії рекуперується і використовується для цілей опалення, підвищуючи загальну ефективність системи. У геотермальних енергетичних системах ці лопатки можуть допомогти управляти тепловою енергією, що видобувається з землі, оптимізуючи процеси теплопередачі.

В ініціативах зеленої та відновлюваної енергетики рекуперація відпрацьованого тепла відіграє критичну роль у зменшенні вуглецевого сліду та підвищенні стійкості енергетичних систем. Цей підхід узгоджується з принципами ощадливого виробництва шляхом покращення ефективності використання ресурсів та зниження експлуатаційних витрат завдяки ефективному управлінню теплом. Крім того, в ESG-проєктах впровадження таких технологій демонструє прихильність до мінімізації впливу на навколишнє середовище та оптимізації використання ресурсів, що узгоджується з ширшими цілями сталого розвитку.

Рекуперація тепла – Пов'язані проєкти

Tunnel Tech має великий досвід у реалізації проєктів, що включають системи теплообміну та HVAC, розроблені для рекуперації відпрацьованого тепла з використанням охолоджуваних напрямних лопаток. Інтегруючи ці лопатки в установки теплообміну, спроєктовані для уловлювання та перепрофілювання теплової енергії, яка інакше була б втрачена, Tunnel Tech забезпечує більш ефективну рекуперацію відпрацьованого тепла з різних промислових та комерційних процесів. Цей підхід не лише покращує енергоефективність, але й підтримує цілі сталого розвитку шляхом зниження енергоспоживання та експлуатаційних витрат.

Застосування

Наші напрямні лопатки використовуються в широкому спектрі галузей та застосувань

Системи HVAC

Комерційні будівлі	Оптимізація повітропроводів; Енергоефективність; Зниження експлуатаційних витрат; Підвищення рівня здоров'я та безпеки завдяки ефективному управлінню якістю повітря та температурою;
Житлові комплекси	Забезпечення комфортних умов проживання з оптимальною якістю повітря та потоком; Підвищення рівня здоров'я та безпеки;
Дата-центри	Лопатки для управління тепловим режимом повітряного потоку підтримують критичні рівні температури та вологості для продуктивності та довговічності серверів;

Системи вентиляції в цивільному будівництві

Лікарні та медичні заклади

Напрямні лопатки з тихою роботою забезпечують життєво важливий контроль якості повітря для захисту пацієнтів та персоналу; Підвищення рівня здоров'я та безпеки завдяки ефективному управлінню якістю повітря та температурою

Навчальні заклади

Створення сприятливого навчального середовища завдяки покращеній циркуляції повітря

Екологічний контроль

Електроніка, біотехнології, харчові технології та інші високотехнологічні об'єкти / Чисті приміщення

Регулювання температури та вологості для високотехнологічного та вимогливого виробництва; Напрямні лопатки для кондиціонування повітря підтримують суворі стандарти повітряного потоку для виробництва та досліджень

Спортивні арени

Забезпечення комфорту та безпеки як для спортсменів, так і для глядачів

Промислове та спеціалізоване застосування

Будівництво та обслуговування тунелів	Покращення якості повітря та безпеки для працівників у тунельних умовах;
Промислові об'єкти	Оптимізація повітропроводів; Енергоефективність; Сталий розвиток; Зниження експлуатаційних витрат;
Ливарні цехи та об'єкти важкої промисловості	Енергоефективність; Зниження експлуатаційних витрат; Рекуперація енергії відпрацьованого тепла; Декарбонізація та ESG; Повітропроводи HVAC для важких умов експлуатації; Управління тепловим режимом;
Морська інженерія	Покращення систем вентиляції на суднах та підводних човнах для комфорту екіпажу та надійності обладнання;
Гірнича справа та підземне будівництво	Забезпечення критично важливої вентиляції на гірничодобувних об'єктах та інших підземних спорудах, знижуючи ризик виникнення небезпечних умов;

Кожне з цих застосувань отримує значні переваги від передового дизайну та функціональності напрямних лопаток TunnelTech, що знаменує собою крок вперед у ефективному управлінні повітряним потоком. Обираючи напрямні лопатки TunnelTech з низьким опором, клієнти можуть розраховувати не лише на досягнення, але й на перевищення цілей продуктивності своїх систем, при цьому

•зниження енергоспоживання * до 30%
•зниження шуму * на 60%, порівняно зі звичайними повітропроводами.

* – експериментальні результати для геометрії аеродинамічної труби TT45Pro.

Для запитів та отримання детальнішої інформації про те, як наші напрямні лопатки можуть бути адаптовані до конкретних потреб, будь ласка, зв'яжіться з нашою командою. Дозвольте TunnelTech стати вашим партнером у досягненні оптимальних рішень з управління повітряним потоком.

Встановлення та технічне обслуговування

Інструкція з встановлення

•
Розміри та специфікації
Перевірте розміри повітропроводу та специфікації напрямних лопаток перед встановленням
•
Варіанти монтажу
Доступні в конфігураціях з затискачами, болтовим з'єднанням та під зварювання
•
Обробка вантажів
Дотримуйтесь інструкцій з обробки вантажів для безпечного транспортування та розміщення
•
Покрокове встановлення
Детальні інструкції з встановлення надаються з кожною поставкою продукту

Поради з технічного обслуговування

•
Графік перевірок
Регулярні візуальні огляди для забезпечення вирівнювання лопаток та структурної цілісності
•
Процедури очищення
Періодичне очищення для видалення пилу та сміття, що накопичуються на поверхнях лопаток
•
Моніторинг зносу
Моніторинг ознак корозії, ерозії або механічних пошкоджень
•
Посібник з усунення несправностей
Вирішення поширених проблем, таких як вібрація, шум або зниження ефективності повітряного потоку

Документація

Технічний паспорт продукту TTE-TSA

Технічна інформація про вузли кутових секцій аеродинамічних труб Tunnel Tech та параметри напрямних лопаток доступна у вичерпному технічному паспорті для продуктів TTE-TSA та TTE-TV. Документація містить інформацію про варіанти конструкції, місцеві опори для горизонтальних та вертикальних кутів повороту потоку на 90 градусів, а також гідравлічні параметри та параметри теплопередачі для охолоджуваних напрямних лопаток.

Завантажити технічний паспорт TTE-TSA (PDF)

Література та пов'язані публікації

Додаткову інформацію про проєктування та оптимізацію поворотних лопаток для аеродинамічних труб, промислових повітропроводів, каналів HVAC та обладнання для управління повітряним потоком, випрямлячів вентиляторів тощо можна знайти за посиланнями нижче:

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.

Дивіться також:

Діаграма Муді: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
Дарсі-Вейсбах: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Коефіцієнт тертя: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
Втрати на тертя: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss