Bài viết Công nghệ

Góc chuyển hướng ống gió

Giải pháp cánh hướng dòng hiệu suất cao cho hầm gió, hệ thống HVAC và ứng dụng công nghiệp

Tổng quan Nguyên lý & Hiệu suất Điểm nổi bật của sản phẩm Ứng dụng Lắp đặt Tài liệu Tài liệu tham khảo

Giới thiệu về Cánh hướng dòng

Trong lĩnh vực quản lý luồng khí, thiết kế các góc ống gió đóng vai trò then chốt đối với hiệu quả và chức năng của hệ thống thông gió, HVAC và hầm gió. Khi không khí bị buộc phải thực hiện một khúc cua gấp, như thường được yêu cầu trong hệ thống đường ống, nó gặp phải trở lực thủy lực gia tăng, dẫn đến tổn thất áp suất cao hơn và nhiễu loạn. Điều này không chỉ làm giảm hiệu quả của hệ thống bằng cách đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để duy trì luồng khí mà còn ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của đường ống do áp suất không đồng đều gây ra bởi các dòng chảy rối.

Đây là nơi cánh hướng dòng (turning vanes), còn được gọi là cánh góc (corner vanes) hoặc cánh dẫn hướng (guiding vanes), phát huy tác dụng (Hình 1). Được thiết kế để lắp đặt bên trong các góc, cánh góc ống gió cho phép không khí điều hướng khúc cua với trở lực tối thiểu, giảm hiệu quả tổn thất áp suất và giảm thiểu độ rối mà không cần không gian bổ sung mà các đoạn uốn cong bán kính trơn yêu cầu. Điều này làm cho cánh hướng dòng trở thành giải pháp lý tưởng để quản lý luồng khí hiệu quả trong không gian nhỏ gọn.

Hình 1. Cụm đoạn góc cánh hướng dòng Tunnel Tech

Các đoạn cánh dẫn hướng hiệu suất cao cạnh tranh với các giải pháp HVAC chung.

Giải pháp truyền thống để khắc phục các hiện tượng có hại đã đề cập như tăng độ rối, tổn thất áp suất và tiếng ồn trong ống dẫn cong gấp là thiết kế các khuỷu ống hướng tâm (Hình 2 và Hình 4, trường hợp 2). Các khuỷu này, mặc dù hiệu quả trong việc giảm thiểu một phần độ rối, tiếng ồn và tổn thất áp suất (thường gặp ở khúc cua nhọn như thấy trong Hình 4, trường hợp 1), nhưng lại có những vấn đề riêng.

Một số hệ thống ống thông gió truyền thống với góc quay làm bằng kim loại tấm cong trơn với các bộ dẫn hướng dòng chảy uốn cong được trình bày trong Hình 2 bên trái. Hình ảnh đại diện cho một vài ví dụ về các biến thể tiêu chuẩn thường được sử dụng trong ống dẫn HVAC, ví dụ: tuân thủ tiêu chuẩn đường ống DW144.

Các giải pháp ống dẫn như vậy là phổ biến và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng nhỏ trong kỹ thuật dân dụng, doanh nghiệp nhỏ và hệ thống HVAC công suất thấp nơi chi phí năng lượng không phải là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, thiết kế này không phải là giải pháp tốt cho các hệ thống thông gió và làm mát ở quy mô trung bình và lớn và phát điện công suất cao, luyện kim, máy móc tua-bin, bộ trao đổi nhiệt, thu hồi nhiệt thải và các ứng dụng năng lượng xanh và tái tạo hiện đại nơi hiệu quả thủy lực và tiết kiệm năng lượng là bắt buộc.

Tuy nhiên, không cần thiết phải xây dựng một ống dẫn phi tiêu chuẩn tùy chỉnh mỗi khi mức tiêu thụ năng lượng của mạng lưới thủy lực cần được tối ưu hóa đến mức hoàn hảo. Cùng Hình 2 bên phải hiển thị một biến thể của đoạn cánh dẫn hướng chéo của Tunnel Tech, tiết kiệm năng lượng, tiếng ồn thấp và độ rối thấp, trong khi đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp cho hệ thống HVAC, nhưng cũng có thể được sử dụng trong các trường hợp sử dụng công nghiệp quy mô lớn và công suất cao. Một ví dụ về cơ sở quy mô lớn nơi đoạn cánh hướng dòng chéo có thể dễ dàng tích hợp được hiển thị trong Hình 3.

Khuỷu ống trơn HVAC quy mô trung bình truyền thống với cánh chia dòng làm bằng kim loại tấm, tiêu chuẩn DW144 (bên trái), và cụm chéo cánh hướng dòng hiệu suất cao Tunnel Tech cho ống gió tiêu chuẩn (bên phải)

Hình 2. Khuỷu ống trơn HVAC quy mô trung bình truyền thống với cánh chia dòng làm bằng kim loại tấm, tiêu chuẩn DW144 (bên trái), và cụm chéo cánh hướng dòng hiệu suất cao Tunnel Tech cho ống gió tiêu chuẩn (bên phải).

Hình 3. Các đoạn chuyển hướng ống gió quy mô lớn của Tunnel Tech cho hầm gió, phát điện và ứng dụng công nghiệp.

Thiết kế Cánh hướng dòng để Giảm Sụt áp, Độ rối và Tiếng ồn

Để so sánh các thiết kế góc chuyển hướng khác nhau, sụt áp (ΔP) và mô hình dòng chảy mô phỏng CFD được đưa ra trong Hình 4 bên dưới. Vận tốc luồng khí đầu vào là 20 m/s và ống vuông 2×2 m được chọn làm ví dụ minh họa. Phạm vi tốc độ 20 m/s được chọn cho mục đích trình diễn, vì thông thường các hầm gió thẳng đứng cấp chuyên nghiệp cho nhảy dù trong nhà hoạt động phần lớn thời gian ở các chế độ mà vận tốc dòng chảy trong phần quay thay đổi trong khoảng từ 10 đến 30 m/s. Các tính toán CFD được thực hiện cho 1 atm tiêu chuẩn ở 20°C và độ ẩm không khí bằng không với khí nén được và tường đoạn nhiệt có độ nhám 250 µm. Lưới từ 6 đến 10 triệu ô mỗi miền đã được sử dụng. Biên dạng đầu vào phẳng và độ rối 2% được áp dụng tại biên đầu vào. Độ rối được xử lý bằng mô hình k-ε.

Lưu ý! Xin lưu ý rằng các hình minh họa trong Hình 4 là các ví dụ cụ thể, được trình bày chỉ nhằm mục đích minh họa các nguyên tắc hoạt động và so sánh một vài loại đoạn góc quay. Các trường hợp này không thể được hiểu là tổng quát cho tuyệt đối mọi trường hợp sử dụng. Đối với mọi hệ thống thông gió thực tế hoặc mạng lưới thủy lực khác, các thông số thủy lực cụ thể, kích thước và hình dạng ống, độ nhám và sự bất thường về cấu trúc, sự không đồng nhất của dòng chảy và các thông số khí vật lý chính xác phải được tính đến cho mọi điểm tính toán. Bạn có thể đặt hàng tính toán như vậy cho một hệ thống cụ thể bằng cách liên hệ với chúng tôi.

Các trường hợp thiết kế sau đây được mô tả:

Đoạn góc không có cánh dẫn hướng.
Đoạn góc cong trơn (r = ½ chiều cao ống) với các bộ dẫn hướng dòng chảy uốn cong hướng tâm. Sụt áp cũng phụ thuộc vào số lượng và hình học của các miếng đệm ống. Ví dụ với số lượng tối thiểu các tấm chia dòng khí được định hình tối ưu được hiển thị.
Các tấm mỏng uốn cong hướng tâm đơn giản (dày 10-20mm).
Cánh hướng dòng điển hình chưa tối ưu của các đối thủ cạnh tranh gần nhất.
Cánh hướng dòng của Tunnel Tech (TTE-TV) với biên dạng được tối ưu hóa.

Vấn đề đáng kể nhất của các ống dẫn cong tròn với số lượng nhỏ các tấm phân tách uốn cong đơn giản (hoặc hoàn toàn không có cánh dẫn hướng) là mô hình phân bố áp suất và vận tốc tại lối ra của đoạn chuyển hướng (Hình 4, trường hợp 2, xem mặt cắt ngang đầu ra). Mô hình này cho thấy vận tốc sẽ tăng từ tường ngoài đến tường trong của mỗi miền phụ dòng chảy, dẫn đến dòng chảy không đồng đều, độ rối lớn và tiếng ồn. Bán kính quay càng nhỏ, khả năng tách dòng, biến dạng trường áp suất và vận tốc, mức độ tiếng ồn và giá trị sụt áp càng lớn.

Cách duy nhất để khắc phục những vấn đề này là bán kính cong lớn của đoạn góc như vậy và tăng số lượng cánh dẫn hướng luồng khí. Ở đây nảy sinh vấn đề thứ hai – không gian gia tăng cần thiết để chứa các đoạn uốn cong như vậy và chi phí vật liệu của một số miếng đệm ống khí hướng tâm, được định kích thước theo mặt cắt ngang của ống. Trong các hệ thống ống dẫn lớn, việc triển khai các đoạn uốn cong bán kính trơn có thể dẫn đến các cấu trúc lớn bất hợp lý, làm cho phương pháp này không thực tế trong nhiều tình huống, đặc biệt là ở những nơi không gian bị hạn chế. Không gian bổ sung cần thiết được hiển thị bằng các đường nét đứt trong Hình 4, trường hợp 2 bên dưới. Người ta phải tăng chiều cao và chiều rộng của mỗi góc quay tối thiểu ½ kích thước ống. Đối với các hầm gió tuần hoàn, điều đó có nghĩa là tăng kích thước tòa nhà thêm vài mét theo mỗi hướng, dẫn đến chi phí đường ống cao hơn và vốn đầu tư cao hơn. Ngoài ra, mỗi bộ chia dòng sẽ có chi phí tương đương với tường ống.

Hình 4. Các đoạn góc trong hệ thống đường ống - so sánh thiết kế và hiệu suất

Giải pháp tối ưu cho hầm gió và thông gió công nghiệp là các cánh hướng dòng quay (rotary vanes) với biên dạng cánh (wing profile) được bố trí dọc theo đường chéo như mô tả trong Hình 4, trường hợp 3-5.

Tất cả các hình ảnh CFD ở trên tương ứng với đoạn góc ống gió có đầu vào 2x2m ở vận tốc luồng khí 20 m/s, làm ví dụ, phù hợp nhất với các trường hợp sử dụng nhảy dù trong nhà và hầm gió cận âm tốc độ thấp.

Hình 4 trường hợp 3 hiển thị một đoạn góc với các cánh dẫn hướng đơn giản làm bằng tấm kim loại mỏng uốn cong. Hình 4 trường hợp 4 là ví dụ điển hình nhất về cánh hướng dòng quay có sẵn từ các đối thủ cạnh tranh gần nhất của TunnelTech. Cả hai đều có chiều dài dây cung nhỏ hơn và hình dạng biên dạng cánh không được tối ưu hóa, dẫn đến sự không đồng đều của dòng chảy dư tại lối ra của đoạn, lực cản khí động học lớn hơn và tiếng ồn ống gió. Các cánh mỏng làm bằng tấm kim loại uốn cong đơn giản thường vượt quá mức tiếng ồn cho phép ngay cả ở tốc độ không khí thấp, và tùy chọn với biên dạng dày và ngắn với tỷ lệ dây cung trên độ dày thấp cũng sẽ có diện tích bề mặt nhỏ hơn, điều này không mong muốn trong các ứng dụng sử dụng cánh hướng dòng được làm mát để truyền nhiệt.

Ở phần dưới của Hình 4 trường hợp 5, góc ống gió được trang bị cánh hướng dòng Tunnel Tech hiệu suất cao (để đặt hàng, tham khảo mã p/n sau: TTE-TV-90) được hiển thị. Như có thể thấy từ các mặt cắt ngang, dòng chảy đồng đều hơn trong trường hợp các cánh dẫn hướng được định hình phù hợp, dẫn đến sụt áp ít hơn và độ rối thấp.

Biên dạng áp suất/vận tốc không khí đầu ra cũng tốt hơn nhiều đối với các đoạn góc của Tunnel Tech được trang bị cánh có dây cung dài so với các trường hợp khác. Điều này dẫn đến chất lượng khí động học vô song của Tunnel Tech, như được phản ánh trong nhiều đánh giá của các vận động viên nhảy dù chuyên nghiệp và các khách hàng khác.

Tất cả dữ liệu được thảo luận ở trên, bao gồm chiều dài dây cung và các tùy chọn làm mát cũng có sẵn trong Bảng 1.

Bảng 1. Các thông số so sánh cho các trường hợp 1-5 của Hình 4.

Trường hợp / Loại cánh	ΔP (Pa) (*)	ξ (*)	Chiều dài dây cung (mm)	Làm mát
1. Không có cánh, góc nhọn	114	0.47	—	Không
2. Đoạn góc cong trơn	41	0.17	> 2000	Không
3. Tấm mỏng uốn cong hướng tâm đơn giản	80	0.33	250–500	Không
4. Cánh hướng dòng của đối thủ cạnh tranh gần nhất	88	0.37	280	Có
5. Cánh hướng dòng tối ưu hóa của Tunnel Tech	57	0.24	500	Có

Các giá trị của hệ số tổn thất thủy lực cho phạm vi tốc độ lên đến 100m/s đối với đoạn quay ống dẫn sử dụng cánh của TunnelTech và đối thủ cạnh tranh, không có sự thay đổi do việc chọn dữ liệu ban đầu, được đưa ra trong Hình 5.

Thông tin chi tiết hơn về tổn thất thủy lực dọc theo chiều dài ống, trở lực cục bộ và tổng hệ số tổn thất thủy lực được đưa ra dưới đây.

So sánh đoạn chuyển hướng của Tunnel Tech và đối thủ cạnh tranh. Hệ số tổn thất thủy lực Darcy-Weisbach cho cùng một hình học và điều kiện tính toán ban đầu.

Hình 5. So sánh đoạn chuyển hướng của Tunnel Tech và đối thủ cạnh tranh. Hệ số tổn thất thủy lực Darcy-Weisbach cho cùng một hình học và điều kiện tính toán ban đầu.

Giảm thiểu Nhiễu loạn để Tính toán An toàn Kết cấu và Thủy lực Tin cậy

Hình 6. Thang đo độ rối đoạn cánh góc Tunnel Tech (m) @ 20 m/s

Biên dạng áp suất/vận tốc trơn tru và có thể dự đoán được đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng mà độ rối cao hoặc tách dòng là không thể chấp nhận được, chẳng hạn như hầm gió thực nghiệm, cơ sở nhảy dù trong nhà và các ứng dụng công suất cao. Những hiện tượng ký sinh này, cũng như dao động áp suất gây ra bởi sự tách dòng và độ rối quy mô lớn, cũng không thể chấp nhận được trong các hệ thống yêu cầu không có rung động do âm thanh gây ra và nơi bất kỳ sai lệch áp suất tĩnh nào đều không được phép do các yêu cầu ổn định cấu trúc ống gió. Ngoài ra, các dòng chảy rối này là nguồn gây tiếng ồn phổ biến, làm giảm thêm hiệu suất tổng thể của hệ thống và sự thoải mái cung cấp cho người dùng cuối.

Cũng cần xem xét rằng sự bất thường của dòng chảy có xu hướng phát triển và tăng cường thêm, nếu các bộ nắn dòng đặc biệt, tổ ong, lưới khử rối hoặc các thiết bị quản lý luồng khí khác không được sử dụng [1-3]. Phân tích động lực học khí chính xác đòi hỏi phải tính toán trở lực của từng phần tử ống gió tiếp theo có tính đến biên dạng áp suất/vận tốc đầu vào thực tế, được tạo ra trong phần tử trước đó của mạng lưới thủy lực. Đối với các mạng lưới thủy lực dài, thường không thể thực hiện mô phỏng CFD của toàn bộ hệ thống do kích thước khổng lồ. Đối với tình huống như vậy, các tính toán bán thực nghiệm gần đúng liên quan đến các số không thứ nguyên của chất lỏng và tiêu chí hình học [4] hoặc phần mềm dựa trên các phương pháp đó được sử dụng. Ngoài ra, mô hình hóa FEA để xác định độ ổn định cấu trúc ống thường được thực hiện với trường áp suất tĩnh ổn định áp dụng cho thành ống. Do đó, sự bất thường dòng chảy nghiêm trọng phát triển ở hạ lưu cũng có thể đưa sai số vào các cuộc điều tra quan trọng về an toàn của các cấu trúc chịu lực.

Các phương pháp gần đúng thường không giải quyết sự biến dạng của biên dạng vận tốc tại đầu vào của phần tử mạng lưới thủy lực, và tốt nhất là tính đến việc biên dạng đã phát triển hay chưa phát triển (đồng đều), và các thông số lớp biên. Trong các hầm gió và hệ thống thông gió công nghiệp, mỗi lần chuyển hướng dòng chảy có thể gây ra sự không đồng đều và xoáy dòng mạnh, dẫn đến sự không chắc chắn trong tính toán trở lực thủy lực trong các mạng lưới thủy lực dài. Do đó, nếu có thể, người ta nên tránh sự xuất hiện của các bất thường lớn về biên dạng vận tốc.

Có thể thấy trong Hình 6 và từ những điều đã chứng minh ở trên rằng các thông số của các đoạn chuyển hướng với cánh hướng dòng TunnelTech là như vậy để chúng không tạo ra thêm nhiễu loạn dòng chảy mà còn có thể được sử dụng để làm giảm xoáy và sự không đồng đều ở hạ lưu của đoạn chuyển hướng. Do đó, đoạn quay với cánh TunnelTech cũng có thể hoạt động như một bộ nắn dòng hiệu quả, được lắp đặt sau quạt hướng trục, bộ khuếch tán ống, bộ trao đổi nhiệt, đoạn thử nghiệm, phân nhánh hoặc trích xuất vào ống dẫn, hoặc bất kỳ đối tượng tạo độ rối nào khác.

Hệ số Cản Cục bộ

Các đặc tính cản cục bộ của góc chuyển hướng có thể được tính toán bằng phương trình Darcy-Weisbach nổi tiếng:

ΔP = ξ · ρ · v² / 2

Trong đó:

ΔP – tổng tổn thất áp suất (sụt áp) tính bằng Pa;
ξ – hệ số cản cục bộ (Darcy-Weisbach);
ρ – mật độ chất lỏng (kg/m³);
V – vận tốc chất lỏng tại mặt cắt ngang đầu vào (m/s).

Các thông số này, quyết định hiệu quả năng lượng của ống gió, phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế cánh hướng dòng.

Theo [4], tổng trở lực của một phần tử thủy lực phức tạp có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của trở lực ma sát theo chiều dài ξ_L và trở lực cục bộ ξ₀:

ξ_SUM = ξ_L + ξ₀

Đối với ống gió thẳng, trở lực theo chiều dài tỷ lệ thuận với chiều dài và tỷ lệ nghịch với đường kính thủy lực, được biểu thị bằng công thức:

ξ_L = (L / D) · f

trong đó f là hệ số ma sát Darcy.

Trong trường hợp các đường ống có hình dạng đơn giản (tức là hình tròn, hình vuông, hình lục giác), f có thể được biểu thị bằng sự phụ thuộc phi tuyến tính chỉ vào số Reynolds – xem Chương 2 trong [4] hoặc https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation

Hệ số ma sát f cho một đường ống tròn đơn giản với thành trơn, với biên dạng dòng chảy ổn định phát triển tại đầu vào và cho chế độ rối (số Reynolds Re > 4×10³) có thể được tính bằng công thức:

f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²

Đối với các ống dẫn thực tế, độ nhám cũng phải được tính đến.

Hình 7 bên dưới hiển thị biểu đồ của hệ số ma sát Darcy so với số Reynolds Re cho các độ nhám tường tương đối khác nhau, được Nikuradze công bố lần đầu trong [5-8]. Biểu đồ này còn được gọi là biểu đồ Moody [9] hoặc tương quan Colebrook-White [10-11]. Nghiên cứu hiện đại cho các đường ống trơn có thể được tìm thấy trong [12].

Biểu đồ này cho thấy sự phụ thuộc phức tạp của f(Re) đối với ống tròn có độ nhám khác nhau. Đối với ống vuông và các ống không tròn khác, biểu đồ sẽ phức tạp hơn. Do đó, các chế độ dòng chảy (số Reynolds), hình dạng ống và độ nhám tường tương đối phải được tính đến.

Hình 7. Biểu đồ Moody (còn gọi là Nikuradze), hiển thị hệ số ma sát Darcy–Weissbach f_D được vẽ theo số Reynolds Re cho các độ nhám tương đối khác nhau – Biểu đồ gốc: S Beck và R Collins, Đại học Sheffield, Chia sẻ theo CC BY-SA 4.0, wikimedia.org

Trong trường hợp ống dẫn thực tế có độ nhám, vẫn có thể biểu diễn tổng trở lực dưới dạng tổng ξ_SUM = ξ_L + ξ₀ của trở lực theo chiều dài và trở lực cục bộ.

Việc biểu diễn tổng này đơn giản hóa việc nghiên cứu các thông số ống, vì trở lực cục bộ ξ₀ có thể được tính toán cho một hình học phần tử đơn giản hóa – ví dụ, trong một công thức tuần hoàn của bài toán với miền tính toán nhỏ hơn hoặc trong phiên bản 2D của bài toán. Lưu ý kích thước khổng lồ của miền tính toán trong các ví dụ hiển thị ở Hình 4, trong đó phần này có chiều cao 3 mét và chiều dài 18 mét, và sự hội tụ lưới bắt đầu xuất hiện đầy đủ ở kích thước hơn 10 triệu phần tử lưới. Một biến thể của công thức bài toán với các điều kiện tuần hoàn hoặc 2D cho các trường hợp này có thể có số lượng phần tử lưới nhỏ hơn một bậc độ lớn, và việc tính toán đơn giản hóa từng điểm vận tốc cho biểu đồ ΔP(v) sẽ chỉ mất vài phút hoặc thậm chí vài giây thay vì hàng giờ.

Do đó, việc phân chia thành tổng của hai trở lực có thể đơn giản hóa đáng kể các tính toán – người ta có thể nhanh chóng xác định trở lực cục bộ ξ₀ và sau đó có thể thêm trở lực theo chiều dài ξ_L. Trở lực sau có thể được ước tính nhanh chóng từ các bảng đã biết hoặc bằng các công thức gần đúng sử dụng các phương trình đơn giản hóa dựa trên các số không thứ nguyên và thông số hình học ống gió. Đối với các phần tử thủy lực và mạng lưới ống dẫn có sự thay đổi đột ngột về hướng dòng chảy, (khuỷu góc, uốn cong trơn, uốn cong ở các góc khác nhau có và không có cánh hướng dòng), một cách tiếp cận và phương pháp tương tự được trình bày trong Chương 6-1 và 6-2 trong Sổ tay trở lực thủy lực toàn diện [4].

Điểm nổi bật của sản phẩm

Cánh hướng dòng luồng khí của Tunnel Tech (sản phẩm TTE-TV) đi đầu trong công nghệ này, mang lại hiệu quả vô song trong quản lý luồng khí. Các sản phẩm của chúng tôi được thiết kế cho nhiều ứng dụng, từ các cơ sở nhảy dù trong nhà và hầm gió đến các hệ thống HVAC và thông gió, thể hiện sự tiên tiến của thiết kế khí động học và hiệu quả năng lượng.

Hiệu suất Đoạn Cánh hướng dòng trong Ống gió

Các cánh dẫn hướng luồng khí hiệu suất cao của Tunnel Tech đặt ra tiêu chuẩn công nghiệp về công suất và hiệu quả khí động học. Các cánh hướng dòng tiết kiệm năng lượng của chúng tôi được thiết kế để giảm thiểu ma sát khí động học, đảm bảo luồng khí trơn tru và giảm tiêu thụ năng lượng.

Cánh hướng dòng của TunnelTech có các đặc tính cản cục bộ ống gió tuyệt vời. Các thông số trở lực, được tính toán bằng phương trình Darcy-Weisbach, như mô tả ở trên, được trình bày trong các hình sau (xem Hình 8 bên dưới) và trong Bảng dữ liệu Cánh hướng dòng.

Nói chung, đối với trường hợp kích thước ống không xác định, các giá trị được đưa ra cho một phần tử lý tưởng hóa có các điều kiện biên bên tuần hoàn, không tính đến sự đóng góp của trở lực tường bổ sung dọc theo chiều dài, độ nhám và ảnh hưởng của các thông số cục bộ khác. Trong Hình 8, các giá trị cho một phần tử góc quay lý tưởng hóa với cánh Tunnel Tech được đưa ra, được tính toán trong xấp xỉ chuỗi tuần hoàn vô hạn của 15 cánh xếp chồng với các điều kiện biên tuần hoàn.

Hình 8. Hệ số cản cục bộ và sụt áp tương ứng của cánh hướng dòng Tunnel Tech.

Nếu hệ thống HVAC hoặc hệ thống thủy lực khác bao gồm các ống dẫn thường không thay đổi hình dạng mặt cắt ngang của khu vực dòng chảy dọc theo đường dẫn dòng chảy, thì thuận tiện để ước tính điện trở suất trên mỗi đơn vị chiều dài cho các tính toán gần đúng (tất nhiên là được ước tính cho toàn bộ phạm vi vận tốc):

K_L = ξ_L / L = f / D_h

trong đó D_h là đường kính thủy lực ống dẫn. Giá trị của K_L rất dễ xác định từ các sách tham khảo, như đã thảo luận ở trên. Do đó, bằng cách nhân giá trị này với chiều dài và cộng các giá trị trở lực cục bộ ξ₀ thu được từ bảng dữ liệu hoặc được tính toán độc lập, có thể ước tính nhanh tổng tổn thất áp suất trong hệ thống.

ξ_SUM = K_L · L + ξ₀

Các ví dụ minh họa ở trên được hiển thị trong Hình 4 về ống vuông 2×2 mét với các thông số khí và độ nhám được sử dụng trong tính toán có điện trở suất trên mỗi đơn vị chiều dài theo thứ tự KL = ξL / L ~ 2.1 Pa. Giá trị này áp dụng khi đánh giá một ống vuông mà không tính đến các khúc cua, cánh gạt hoặc thiết bị bên trong khác. Đối với chiều dài đầy đủ 21 mét mà khối khí di chuyển dọc theo ống sẽ tạo ra sụt áp ~44 Pascal. Cộng thêm vào giá trị này được hiển thị trong Hình 8 (11 Pa cho vận tốc 20 m/s lấy theo Bảng dữ liệu Cánh hướng dòng (Bảng A.2.1) cho tổng trở lực là 55 Pa cho một đoạn ống vuông 2×2 thực tế có cánh quay trong đó. Giá trị này phù hợp tốt với giá trị được hiển thị trong Hình 4, trường hợp 5.

Thông tin thêm về các cách gần đúng để tính toán trở lực ống dẫn có hình dạng bất kỳ mà không sử dụng phương pháp CFD có thể dễ dàng tìm thấy trong <a href="#references">[4]</a> hoặc tài liệu tương tự.

Lưu ý! Xin lưu ý rằng các ví dụ hiển thị trong Hình 4 chỉ là một trường hợp đặc biệt để minh họa hoạt động của các cánh quay và không thể được sử dụng để đánh giá một ống dẫn tùy ý! Hình 8 có thể áp dụng trong bối cảnh rộng hơn, tuy nhiên, các thông số cụ thể của ống dẫn của khách hàng cần được xem xét. Mỗi hệ thống cụ thể cần một phân tích chi tiết, mà bạn có thể đặt hàng từ Tunnel Tech. Để tính toán chính xác trở lực thủy lực ống dẫn và đánh giá chuyên gia về mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị thông gió hoặc hầm gió của bạn, vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Thông tin bổ sung về dịch vụ và R&D cũng có thể được tìm thấy trên trang Công nghệ và trong phần Dịch vụ.

Cánh hướng dòng cho Làm mát và Sưởi ấm Công nghiệp

Độc đáo trong số các cánh dẫn hướng cho ống gió công nghiệp, sản phẩm của chúng tôi cung cấp khả năng lưu thông chất làm mát với lưu lượng lớn, cho phép làm mát hoặc sưởi ấm không khí hiệu quả khi đi qua ống dẫn. Tính năng này mở ra những khả năng mới trong điều chỉnh nhiệt cho việc sử dụng cánh kiểm soát khí hậu trong nhà và bộ trao đổi nhiệt tích hợp ống gió trở lực thấp, cung cấp cho khách hàng của chúng tôi các giải pháp linh hoạt cho nhu cầu luồng khí của họ.

Được đánh giá bằng phương pháp tính toán HTC_L (Hệ số truyền nhiệt trên mỗi mét tuyến tính), định lượng dòng nhiệt (tính bằng Watts) trên mỗi mét chiều dài cánh hướng dòng cho mỗi Kelvin chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (ΔT_LMTD) giữa không khí bên ngoài và chất làm mát cánh góc, các cánh dẫn hướng của chúng tôi được thiết kế để tản nhiệt hiệu quả qua các điều kiện luồng khí khác nhau, đảm bảo hiệu suất ổn định và điều chỉnh nhiệt độ.

Các thông số Hệ số Truyền nhiệt cho các cánh hướng dòng làm mát bằng nước được trình bày trong Hình 9, cho cả không khí ẩm và khô, trong đó ΔP [kPa] đại diện cho chênh lệch áp suất nước giữa các cổng vào và ra của cánh (màu xanh và đỏ trong Hình 10).

Hình 10. Kênh làm mát cánh hướng dòng

Hình 9. Hệ số HTC_L. Không khí khô (RH=0%) và ẩm (RH=90% ở 30 °C) ở chênh lệch áp suất chất làm mát (nước) khác nhau giữa các cổng kênh chất làm mát vào và ra.

Cánh hướng dòng cho Thu hồi Nhiệt thải

Cánh hướng dòng được làm mát với các kênh trao đổi nhiệt tích hợp cung cấp một giải pháp linh hoạt cho việc thu hồi nhiệt thải qua nhiều ứng dụng khác nhau. Khi được tích hợp vào các hệ thống trao đổi nhiệt, các cánh này có thể thu giữ năng lượng nhiệt dư thừa nếu không sẽ bị mất, chuyển nó sang các hệ thống thu hồi nhiệt, do đó nâng cao đáng kể hiệu quả tổng thể của hệ thống.

Trong các ứng dụng thực tế, công nghệ này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ, trong các quy trình công nghiệp, cánh hướng dòng được làm mát có thể thu hồi nhiệt thải từ khí thải và chuyển hướng nó để làm nóng sơ bộ chất lỏng hoặc không khí đi vào, do đó giảm tiêu thụ năng lượng. Trong các hệ thống HVAC, các nguyên tắc tương tự được sử dụng thông qua các thiết bị như bộ thông gió thu hồi nhiệt (HRV) và bộ thông gió thu hồi năng lượng (ERV), chuyển nhiệt giữa các luồng khí thải và khí vào. Quá trình này giảm thiểu năng lượng cần thiết để làm nóng hoặc làm mát không khí đi vào, dẫn đến tiết kiệm năng lượng đáng kể.

Ngoài ra, cánh hướng dòng được làm mát có thể được tích hợp vào các hệ thống được sử dụng trong các lĩnh vực phát điện và năng lượng tái tạo. Ví dụ, trong các hệ thống nhiệt điện kết hợp (CHP), nhiệt thải từ quá trình phát điện được thu hồi và sử dụng cho mục đích sưởi ấm, cải thiện hiệu quả tổng thể của hệ thống. Trong các hệ thống năng lượng địa nhiệt, các cánh này có thể giúp quản lý năng lượng nhiệt được khai thác từ lòng đất, tối ưu hóa các quá trình truyền nhiệt.

Trong các sáng kiến năng lượng xanh và tái tạo, thu hồi nhiệt thải đóng vai trò quan trọng trong việc giảm dấu chân carbon và nâng cao tính bền vững của các hệ thống năng lượng. Cách tiếp cận này phù hợp với các nguyên tắc sản xuất tinh gọn bằng cách cải thiện hiệu quả tài nguyên và giảm chi phí vận hành thông qua quản lý nhiệt hiệu quả. Hơn nữa, trong các dự án ESG, việc kết hợp các công nghệ như vậy thể hiện cam kết giảm thiểu tác động môi trường và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, phù hợp với các mục tiêu bền vững rộng lớn hơn.

Thu hồi Nhiệt – Các Dự án Liên quan

Tunnel Tech có nhiều kinh nghiệm trong việc triển khai các dự án liên quan đến trao đổi nhiệt và hệ thống HVAC được thiết kế để thu hồi nhiệt thải sử dụng cánh hướng dòng được làm mát. Bằng cách tích hợp các cánh này vào các thiết lập trao đổi nhiệt, được thiết kế để thu giữ và tái sử dụng năng lượng nhiệt nếu không sẽ bị mất, Tunnel Tech cho phép thu hồi nhiệt thải hiệu quả hơn từ các quy trình công nghiệp và thương mại khác nhau. Cách tiếp cận này không chỉ cải thiện hiệu quả năng lượng mà còn hỗ trợ các mục tiêu bền vững bằng cách giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành.

Ứng dụng

Cánh hướng dòng của chúng tôi phục vụ nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau

Hệ thống HVAC

Tòa nhà thương mại	Tối ưu hóa hệ thống đường ống; Hiệu quả năng lượng; Giảm chi phí vận hành; Nâng cao sức khỏe và an toàn bằng cách quản lý hiệu quả chất lượng không khí và nhiệt độ;
Khu dân cư phức hợp	Đảm bảo môi trường sống thoải mái với chất lượng không khí và lưu lượng tối ưu; Nâng cao sức khỏe và an toàn;
Trung tâm dữ liệu	Cánh hướng dòng quản lý nhiệt duy trì mức nhiệt độ và độ ẩm quan trọng cho hiệu suất và tuổi thọ của máy chủ;

Hệ thống Thông gió Kỹ thuật Dân dụng

Bệnh viện và Cơ sở y tế	Cánh hướng dòng vận hành êm ái cung cấp khả năng kiểm soát chất lượng không khí thiết yếu để bảo vệ bệnh nhân và nhân viên; Nâng cao sức khỏe và an toàn bằng cách quản lý hiệu quả chất lượng không khí và nhiệt độ
Cơ sở giáo dục	Tạo môi trường học tập thuận lợi thông qua việc cải thiện lưu thông không khí

Kiểm soát Môi trường

Điện tử, Công nghệ sinh học, Công nghệ thực phẩm và các Cơ sở công nghệ cao khác / Phòng sạch	Điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm cho sản xuất công nghệ cao và yêu cầu khắt khe; Cánh hướng dòng điều hòa không khí duy trì các tiêu chuẩn luồng khí nghiêm ngặt cho sản xuất và nghiên cứu
Nhà thi đấu Thể thao	Đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho cả vận động viên và khán giả

Ứng dụng Công nghiệp và Chuyên dụng

Xây dựng và Bảo trì Đường hầm	Cải thiện chất lượng không khí và an toàn cho công nhân trong môi trường đường hầm;
Cơ sở công nghiệp	Tối ưu hóa hệ thống đường ống; Hiệu quả năng lượng; Phát triển bền vững; Giảm chi phí vận hành;
Xưởng đúc và cơ sở công nghiệp nặng	Hiệu quả năng lượng; Giảm chi phí vận hành; Thu hồi năng lượng nhiệt thải; Khử cacbon và ESG; Ống gió HVAC hạng nặng; Quản lý nhiệt;
Kỹ thuật Hàng hải	Tăng cường hệ thống thông gió trên tàu thủy và tàu ngầm để đảm bảo sự thoải mái cho thủy thủ đoàn và độ tin cậy của thiết bị;
Khai thác mỏ và Xây dựng ngầm	Cung cấp thông gió quan trọng cho các địa điểm khai thác mỏ và các cấu trúc ngầm khác, giảm nguy cơ xảy ra các điều kiện nguy hiểm;

Mỗi ứng dụng này đều hưởng lợi đáng kể từ thiết kế tiên tiến và chức năng của cánh hướng dòng TunnelTech, đánh dấu một bước tiến vọt trong quản lý luồng khí hiệu quả. Bằng cách chọn cánh hướng dòng cản thấp của TunnelTech, khách hàng có thể mong đợi không chỉ đáp ứng mà còn vượt qua các mục tiêu hiệu suất hệ thống của họ, trong khi vẫn

•giảm tiêu thụ năng lượng * lên đến 30%
•giảm tiếng ồn * tới 60%, so với ống gió thông thường.

* – kết quả thực nghiệm đối với hình học hầm gió TT45Pro.

Để biết thêm thông tin và chi tiết về cách cánh hướng dòng của chúng tôi có thể được tùy chỉnh để phù hợp với nhu cầu cụ thể, vui lòng liên hệ với đội ngũ của chúng tôi. Hãy để TunnelTech trở thành đối tác của bạn trong việc đạt được các giải pháp quản lý luồng khí tối ưu.

Lắp đặt & Bảo trì

Hướng dẫn Lắp đặt

•
Kích thước và Thông số kỹ thuật
Xác minh kích thước ống dẫn và thông số kỹ thuật cánh hướng dòng trước khi lắp đặt
•
Tùy chọn Gắn kết
Có sẵn trong các cấu hình kẹp, bắt vít và hàn
•
Xử lý Tải trọng
Tuân theo hướng dẫn xử lý tải trọng để vận chuyển và định vị an toàn
•
Lắp đặt Từng bước
Hướng dẫn lắp đặt chi tiết được cung cấp cùng với mỗi lần giao sản phẩm

Mẹo Bảo trì

•
Lịch trình Kiểm tra
Kiểm tra trực quan thường xuyên để đảm bảo sự căn chỉnh cánh và tính toàn vẹn cấu trúc
•
Quy trình Vệ sinh
Vệ sinh định kỳ để loại bỏ bụi và mảnh vụn tích tụ trên bề mặt cánh
•
Theo dõi Hao mòn
Theo dõi các dấu hiệu ăn mòn, xói mòn hoặc hư hỏng cơ học
•
Hướng dẫn Khắc phục sự cố
Giải quyết các vấn đề phổ biến như rung động, tiếng ồn hoặc giảm hiệu quả luồng khí

Tài liệu

Bảng dữ liệu sản phẩm TTE-TSA

Thông tin kỹ thuật về các cụm góc hầm gió Tunnel Tech và thông số cánh hướng dòng có sẵn trong bảng dữ liệu toàn diện cho các sản phẩm TTE-TSA và TTE-TV. Tài liệu chứa thông tin về các tùy chọn thiết kế, tổn thất cục bộ cho các góc chuyển dòng 90 độ ngang và dọc, cũng như các thông số thủy lực và truyền nhiệt cho cánh hướng dòng có làm mát.

Tải xuống Bảng dữ liệu TTE-TSA (PDF)

Tài liệu tham khảo và Ấn phẩm liên quan

Thông tin bổ sung về thiết kế và tối ưu hóa cánh quay cho hầm gió, hệ thống ống gió công nghiệp, ống dẫn HVAC và thiết bị quản lý luồng khí, bộ chỉnh dòng quạt, v.v. có thể được tìm thấy tại các liên kết bên dưới:

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.

Xem thêm:

Biểu đồ Moody: en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
Darcy-Weisbach: en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
Hệ số ma sát: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
Tổn thất ma sát: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss