Giới thiệu về Cánh hướng dòng
Trong lĩnh vực quản lý lưu lượng gió, thiết kế các góc ống gió đóng vai trò then chốt đối với hiệu suất và chức năng của hệ thống thông gió, HVAC và hầm gió. Khi không khí bị buộc phải rẽ ngoặt, như thường được yêu cầu trong hệ thống ống gió, nó gặp phải sức cản thủy lực tăng lên, dẫn đến tổn thất áp suất và độ rối cao hơn. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất của hệ thống do đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để duy trì lưu lượng gió mà còn ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của hệ thống ống gió do áp suất không đồng đều gây ra bởi các dòng chảy rối.
Đây là lúc cánh hướng dòng, còn được gọi là cánh góc hoặc cánh dẫn hướng, 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 qua khúc cua với sức cản tối thiểu, giảm thiểu hiệu qu ả tổn thất áp suất và giảm độ rối mà không cần thêm không gian mà các đoạn uốn cong bán kính mượt mà đòi hỏi. Điều này làm cho cánh hướng dòng trở thành giải pháp lý tưởng để quản lý lưu lượng gió hiệu quả trong một 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 thông thường.
Giải pháp truyền thống để khắc phục các hiện tượng có hại đã đề cập về việc tăng độ rối, tổn thất áp suất và tiếng ồn trong một ống gió uốn cong gắt là thiết kế các khuỷu tay ống gió hướng tâm (Hình 2 và Hình 4, trường hợp 2). Những khuỷu tay này, mặc dù hiệu quả trong việc giảm thiểu phần nào độ rối, tiếng ồn và tổn thất áp suất (thường gặp ở đoạn uốn cong gắt như thấy trong Hình 4, trường hợp 1), lại có những vấn đề riêng của chúng.
Một số hệ thống ống gió thông gió truyền thống với đoạn chuyển hướng làm bằng kim loại tấm uốn cong mượt mà với các bộ định hướng dòng chảy uốn cong được trình bày trong Hình 2 bên trái. Hình ảnh thể hiện một vài ví dụ về các biến thể tiêu chuẩn thường được sử dụng trong ống gió HVAC, ví dụ: tuân thủ các tiêu chuẩn hệ thống ống gió DW144.
Các giải pháp ống gió như vậy rất phổ biến và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng nhỏ trong công trình 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, phát điện công suất cao, luyện kim, máy tuabin, bộ trao đổi nhiệt, thu hồi nhiệt thải và các ứng dụng năng lượng xanh và tái tạo hiện đại, nơi hiệu suất thủy lực và tiết kiệm năng lượng là bắt buộc.
Tuy nhiên, không cần phải xây dựng một ống gió phi tiêu chuẩn tùy chỉnh mỗi khi mức tiêu thụ điện năng của mạng lưới thủy lực cần được tối ưu hóa đến mức hoàn hảo. Cùng Hình 2 bên phải cho thấy một biến thể của đoạn cánh dẫn hướng chéo của Tunnel Tech, tiết kiệm năng lượng, tiếng ồn thấp và độ rối thấp, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn ngành 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 được tích hợp được hiển thị trong Hình 3.
Hình 2. Khuỷu tay mượt mà HVAC quy mô trung bình truyền thống với cánh chia dòng làm bằng kim loại tấm, tiêu chuẩn DW144 (bên trái) và cụm cánh hướng dòng chéo Tunnel Tech hiệu suất cao 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 các 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 các mô hình dòng chảy mô phỏng CFD được đưa ra trong Hình 4 dưới đây. Tốc độ gió đầu vào 20 m/s và ống gió vuông 2×2 m được chọn làm ví dụ minh họa. Dải tốc độ 20 m/s được chọn cho mục đích minh họa, vì thông thường các hầm gió thẳng đứng cấp chuyên nghiệp dành cho indoor skydiving hoạt động phần lớn thời gian ở các chế độ mà vận tốc dòng chảy trong đoạn chuyển hướng 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 0 với khí nén được và vách đoạn nhiệt có độ nhám 250 µm. Lưới từ 6 đến 10 triệu ô trên mỗi miền đã được sử dụng. Biên dạng đầu vào phẳng và độ rối 2% được áp dụng tại ranh giới đầu vào. Nhiễu loạn được xử lý bằng mô hình k-ε.
LƯU Ý! Xin lưu ý rằng các hình minh họa được hiển thị trong Hình 4 là các ví dụ cụ thể, được trình bày chỉ nhằm mục đích minh họa các nguyên lý hoạt động và so sánh một vài loại đoạn góc chuyển hướng. 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 gió, độ nhám và các 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 một 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 uốn cong mượt mà (r = ½ chiều cao ống gió) với các bộ định hướng dòng chảy uốn cong hướng tâm. Sụt áp cũng phụ thuộc vào số lượng và hình học của các vách ngăn ống gió. Ví dụ hiển thị số lượng tối thiểu các tấm chia lưu lượng gió có hình dạng tối ưu.
- Các tấm mỏng uốn cong hướng tâm đơn giản (dày 10-20 mm).
- Các cánh hướng dòng không được tối ưu hóa điển hình 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 gió uốn cong tròn với số lượng nhỏ các vách ngăn dạng tấm 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 vách ngoài vào vách trong của mỗi miền con 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 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 đó và tăng số lượng cánh dẫn hướng lưu lượng gió. Từ đây nảy sinh vấn đề thứ hai – không gian cần thiết tăng lên để chứa các đoạn uốn cong như vậy và chi phí vật liệu của một số vách ngăn ống gió hướng tâm, có kích thước bằng mặt cắt ngang của ống gió. Trong các hệ thống ống gió lớn, việc triển khai các đoạn uốn cong bán kính mượt mà có thể dẫn đến các cấu trúc lớn một cách bất hợp lý, khiến phương pháp này trở nên không thực tế trong nhiều tình huống, đặc biệt là ở những nơi có không gian hạn chế. Không gian bổ sung cần thiết được thể hiện bằng các đường đứt nét trong Hình 4, trường hợp 2 dưới đây. Người ta phải tăng chiều cao và chiều rộng của mỗi góc cua lên tối thiểu ½ kích thước ống gió. Đối với hầm gió tuần hoàn, điều đó có nghĩa là tăng kích thước tòa nhà lên vài mét ở mỗi hướng, dẫn đến chi phí hệ thống ống gió cao hơn và vốn đầu tư cao hơn. Ngoài ra, mỗi bộ chia dòng chảy sẽ có chi phí tương đương với vách ống gió.
Hình 4. Các đoạn góc trong hệ thống ống gió - so sánh thiết kế và hiệu suất
Giải pháp tối ưu cho hầm gió và thông gió công nghiệp là các cánh hướng dòng ở đoạn góc với biên dạng cánh 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 2x2 m ở tốc độ gió 20 m/s, như một ví dụ, phù hợp nhất với các trường hợp sử dụng của indoor skydiving và hầm gió cận âm tốc độ thấp.
Hình 4 trường hợp 3 cho thấy một đoạn góc với các cánh dẫn hướng đơn giản làm bằng các tấm kim loại uốn cong mỏng. Hình 4 trường hợp 4 là ví dụ điển hình nhất về cánh hướng dòng hiện có từ các đối thủ cạnh tranh gần nhất của TunnelTech. Cả hai đều có chiều dài dây cung nhỏ hơn và hình dạng cánh không được tối ưu hóa, dẫn đến sự không đồng đều của dòng chảy còn sót lại ở lối ra của đoạn, lực cản khí động học lớn hơn và tiếng ồn ống gió cao hơn. 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 gió thấp, và tùy chọn với biên dạng dày và ngắn có 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 có 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, vui lòng 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 có biên dạng phù hợp, dẫn đến sụt áp ít hơn và độ rối thấp.
Biên dạng áp suất/vận tốc không khí ở 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 mang lại 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 <strong>Bảng 1</strong>.
| Trường hợp / Loại cánh | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | Chiều dài dây cung (mm) | Làm mát |
|---|---|---|---|---|
| 1. Không có cánh, rẽ ngoặt | 114 | 0.47 | — | Không |
| 2. Đoạn góc uốn cong mượt mà | 41 | 0.17 | > 2000 | Không |
| 3. Các tấm mỏng uốn cong hướng tâm đơn giản | 80 | 0.33 | 250–500 | Không |
| 4. Cánh hướng dòng của các đối thủ cạnh tranh gần nhất | 88 | 0.37 | 280 | Có |
| 5. Cánh hướng dòng được tối ưu hóa của Tunnel Tech | 57 | 0.24 | 500 | Có |
Các giá trị của hệ số tổn thất thủy lực cho dải tốc độ lên đến 100 m/s đối với đoạn góc ống gió có cánh của TunnelTech và các đối thủ cạnh tranh, không có sự thay đổi do việc lựa 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 gió, hệ số cản cục bộ và tổng hệ số tổn thất thủy lực được trình bày dưới đây.
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 hình học và điều kiện tính toán ban đầu.
Giảm thiểu độ rối để tính toán an toàn cấu trúc và thủy lực đáng tin cậy
Hình 6. Thang đo độ rối đoạn góc cánh hướng dòng Tunnel Tech (m) @ 20 m/s
Biên dạng áp suất/vận tốc mượt mà và có thể dự đoán được đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng không chấp nhận độ rối cao hoặc tách dòng, chẳng hạn như hầm gió thử nghiệm, cơ sở indoor skydiving và các ứng dụng công suất cao. Những hiện tượng ký sinh này, cũng như các xung áp suất do tách dòng và nhiễu loạn quy mô lớn gây ra, cũng không được chấp nhận trong các hệ thống yêu cầu không có rung động do âm thanh gây ra và nơi không cho phép bất kỳ sai lệch áp suất tĩnh nào do các yêu cầu về độ ổn định cấu trúc của 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 mang lại cho người dùng cuối.
Cũng cần lưu ý rằng các bất thường của dòng chảy có xu hướng tiếp tục phát triển và tăng cường, nếu không sử dụng các bộ chỉnh dòng đặc biệt, bộ chỉnh dòng dạng tổ ong, lưới giảm rối hoặc các thiết bị quản lý lưu lượng gió khác [1-3]. Phân tích động lực học khí chính xác đòi hỏi phải tính toán lực cản 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 cho 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 lưu và các tiêu chí hình học [4] hoặc phần mềm dựa trên các phương pháp như vậy được sử dụng. Ngoài ra, mô hình hóa FEA để xác định độ ổn định cấu trúc ống gió thường được thực hiện với trường áp suất tĩnh ổn định tác dụng lên các vách ống gió. Do đó, các bất thường dòng chảy nghiêm trọng phát triển ở hạ lưu cũng có thể gây ra sai số trong các cuộc điều tra quan trọng về an toàn của các cấu trúc chịu tải.
Các phương pháp gần đúng thường không xử lý 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 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 chảy mạnh, dẫn đến sự không chắc chắn trong các tính toán sức cản 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 minh chứng ở trên rằng các thông số của các đoạn chuyển hướng với cánh hướng dòng TunnelTech sao cho chúng không tạo ra các nhiễu loạn dòng chảy bổ sung mà còn có thể được sử dụng để làm giảm các xoáy và sự không đồng đều ở hạ lưu của đoạn chuyển hướng. Do đó, đoạn chuyển hướng với cánh TunnelTech cũng có thể hoạt động như một bộ chỉnh dòng hiệu quả, được lắp đặt sau quạt hướng trục, đoạn khuếch tán ống gió, bộ trao đổi nhiệt, đoạn thử nghiệm, phân nhánh hoặc nối vào ống gió, hoặc bất kỳ đối tượng tạo nhiễu loạn nào khác.
Hệ số cản cục bộ
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 lưu (kg/m³);
- V – vận tốc chất lưu tại mặt cắt ngang đầu vào (m/s).
Các thông số này, quyết định hiệu suất năng lượng của ống gió, phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế cánh hướng dòng.
Theo [4], tổng lực cản của một phần tử thủy lực phức tạp có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của lực cản ma sát theo chiều dài ξL và lực cản cục bộ ξ0:
ξSUM = ξL + ξ0
Đối với một ống gió thẳng, lực cản theo chiều dài tỷ lệ thuận với chiều dài và tỷ lệ nghịch với đường kính thủy lực, được biểu thị bằng công thức:
ξL = (L / D) · f
trong đó f là hệ số ma sát Darcy.
Trong trường hợp các 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 đối với một ống tròn đơn giản (ống gió tròn) có vách nhẵn, với biên dạng dòng chảy ổn định đã phát triển ở đầu vào và đối với chế độ chảy 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 gió thực tế, độ nhám cũng phải được tính đến.
Hình 7 dưới đây cho thấy biểu đồ của hệ số ma sát Darcy theo số Reynolds Re cho các độ nhám tương đối của vách khác nhau, được Nikuradze công bố lần đầu trong [5-8]. Đồ thị này cũng được biết đến là biểu đồ Moody [9] hoặc tương quan Colebrook-White [10-11]. Nghiên cứu hiện đại cho các ống nhẵn có thể được tìm thấy trong [12].
Biểu đồ này cho thấy sự phụ thuộc phức tạp của f(Re) đối với một 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 gió và độ nhám tương đối của vách phải được tính đến.
Hình 7. Biểu đồ Moody (hay còn gọi là Nikuradze), cho thấy hệ số ma sát Darcy–Weissbach fD 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 các ống gió nhám thực tế, vẫn có thể biểu diễn tổng lực cản dưới dạng tổng ξSUM = ξL + ξ0 của lực cản theo chiều dài và lực cản cục bộ.
Việc biểu diễn tổng này đơn giản hóa việc nghiên cứu các thông số ống gió, vì lực cản 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 của các ví dụ được hiển thị trong Hình 4, nơi đoạn 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 đồ thị 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 lực cản có thể đơn giản hóa đáng kể các tính toán – người ta có thể nhanh chóng xác định lực cản cục bộ ξ0 và sau đó lực cản theo chiều dài ξL có thể được cộng vào. Lực cản 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 các thông số hình học ống gió. Đối với các phần tử mạng lưới thủy lực và ống gió có sự thay đổi đột ngột về hướng dòng chảy, (khuỷu góc, đoạn uốn cong mượt mà, đoạn 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 các Chương 6-1 và 6-2 trong cuốn Sổ tay sức cản thủy lực toàn diện [4].
Thông số Kỹ thuật
Dữ liệu kỹ thuật toàn diện cho tính toán kỹ thuật và hiệu suất chính xác.
Công nghệ Làm mát Tích hợp
Cách mạng hóa thiết kế hầm gió, các cánh hướng dòng của chúng tôi có các kênh làm mát bên trong tích hợp—mang lại hiệu quả trao đổi nhiệt vượt trội mà không ảnh hưởng đến chất lượng luồng khí.
- Công suất tản nhiệt lớn, có thể mở rộng từ hàng trăm kilowatt đến hàng chục megawatt.
- Quản lý nhiệt hiệu quả với tác động bất lợi bằng không đối với nhiễu loạn luồng khí hoặc chất lượng dòng chảy.
- Được thiết kế với sáu kênh làm mát bên trong tích hợp trên mỗi cánh để đạt hiệu quả nhiệt tối đa
- Tích hợp liền mạch với cơ sở hạ tầng làm mát nước công nghiệp tiêu chuẩn
Điểm nổi bật của sản phẩm
Cánh hướng dòng của Tunnel Tech (sản phẩm TTE-TV) đi đầu trong công nghệ này, mang lại hiệu quả vô song trong quản lý lưu lượng gió. Các sản phẩm của chúng tôi được thiết kế cho nhiều ứng dụng, từ các cơ sở indoor skydiving và hầm gió đến hệ thống HVAC và thông gió, thể hiện sự tiên tiến của thiết kế khí động học và hiệu suất năng lượng.
Hiệu suất đoạn cánh hướng dòng trong ống gió
Các cánh dẫn hướng lưu lượng gió hiệu suất cao của Tunnel Tech thiết lập tiêu chuẩn ngành về công suất và hiệu suất khí động học. Các cánh hướng dòng tiết kiệm năng lượng của chúng tôi đư ợc thiết kế để giảm thiểu ma sát khí động học, đảm bảo lưu lượng gió mượt mà và giảm tiêu thụ điện năng.
Cánh hướng dòng của TunnelTech có các đặc tính cản cục bộ ống gió tuyệt vời. Các thông số cản, được tính toán bằng phương trình Darcy-Weisbach, như được mô tả ở trên, được trình bày trong các hình sau (xem Hình 8 dưới đây) và trong Bảng dữ liệu cánh hướng dòng.
Nhìn chung, đối với trường hợp không biết kích thước ống gió, các giá trị được đưa ra cho một phần tử lý tưởng hóa có các điều kiện biên bên tuần hoàn, mà không tính đến sự đóng góp của lực cản vách 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 chuyển hướng lý tưởng hóa với các cánh Tunnel Tech được đưa ra, được tính toán trong phép xấp xỉ chuỗi tuần hoàn vô hạn của cụm 15 cánh với các điều kiện biên tuần hoàn.
Hình 8. Hệ số cản cục bộ của cánh hướng dòng Tunnel Tech và sụt áp tương ứng.
Nếu hệ thống HVAC hoặc hệ thống thủy lực khác bao gồm các ống gió thường không thay đổi hình dạng mặt cắt ngang của diện tích dòng chảy dọc theo đường dẫn dòng chảy, sẽ rất thuận tiện để ước tính lực cản trên mỗi đơn vị chiều dài cho các tính toán gần đúng (tất nhiên, được ước tính cho toàn bộ dải vận tốc):
KL = ξL / L = f / Dh
trong đó Dh là đường kính thủy lực của ống gió. Giá trị của KL 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 cản cục bộ ξ0 thu được từ bảng dữ liệu hoặc được tính toán độc lập, có thể nhanh chóng ước tính tổng tổn thất áp suất trong hệ thống.
ξSUM = KL · L + ξ0
Các ví dụ minh họa ở trên được hiển thị trong Hình 4 của một ống gió vuông 2×2 mét với các thông số khí và độ nhám được sử dụng trong tính toán có lực cản trên mỗi đơn vị chiều dài vào khoảng K<sub>L</sub> = ξ<sub>L</sub> / L ~ 2.1 Pa. Giá trị này áp dụng khi đánh giá một ống gió vuông mà không tính đến các đoạn uốn cong, cánh hoặc các thiết bị bên trong khác. Đối với toàn bộ chiều dài 21 mét mà khối không khí di chuyển dọc theo ống gió sẽ tạo ra sụt áp ~44 Pascal. Cộng thêm vào giá trị này giá trị được hiển thị trong Hình 8 (11 Pa cho vận tốc 20 m/s được lấy theo Bảng dữ liệu cánh hướng dòng (Bảng A.2.1) cho tổng lực cản là 55 Pa đối với một đoạn ống gió vuông 2×2 thực tế có các cánh hướng dòng bên trong. Giá trị này rất phù hợp với giá trị được hiển thị trong Hình 4, trường hợp 5.
Thông tin thêm về các cách gần đúng để tính toán sức cản ống gió có hình dạng bất kỳ mà không sử dụng các phương pháp CFD có thể dễ dàng được tìm thấy trong <a href="#references">[4]</a> hoặc các tài liệu tương tự.
LƯU Ý! Xin lưu ý rằng các ví dụ được hiển thị trong Hình 4 chỉ là một trường hợp đặc biệt để minh họa hoạt động của các cánh hướng dòng và không thể được sử dụng để đánh giá một ống gió tùy ý! Hình 8 có thể áp dụng trong bối cảnh rộng hơn, tuy nhiên, các thông số cụ thể của ống gió 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 sức cản thủy lực của ống gió và đánh giá chuyên môn về mức tiêu thụ điện năng của thiết bị thông gió hoặc hầm gió của bạn, vui lòng liên hệ với chúng tôi.
Thông tin bổ sung về các 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, các sản phẩm của chúng tôi cung cấp khả năng tuần hoàn chất làm mát ở tốc độ dòng chảy cao, cho phép làm mát hoặc làm nóng không khí hiệu quả khi nó đi qua ống gió. Tính năng này mở ra những khả năng mới trong điều chỉnh nhiệt cho việc sử dụng các cánh kiểm soát khí hậu trong nhà và các bộ trao đổi nhiệt tích hợp ống gió có lực cản thấp, cung cấp cho khách hàng của chúng tôi các giải pháp linh hoạt cho nhu cầu lưu lượng gió của họ.
Được đánh giá bằng phương pháp tính toán HTCL (Hệ số truyền nhiệt trên mỗi mét dài), định lượng thông lượng nhiệt (tính bằng Watt) trên mỗi mét chiều dài cánh hướng dòng cho mỗi Kelvin chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit (ΔTLMTD) 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 trong các điều kiện lưu lượng gió 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 không khí khô, trong đó ΔP [kPa] thể hiện chênh lệch áp suất nước giữa các cổng cánh đ ầu vào và đầu ra (màu xanh và màu đỏ trong Hình 10).
Hình 10. Các kênh làm mát cánh hướng dòng
Hình 9. Hệ số HTCL. Không khí khô (RH=0%) và không khí ẩm (RH=90% ở 30 °C) ở các chênh lệch áp suất chất làm mát (nước) khác nhau giữa các cổng kênh chất làm mát đầu vào và đầu ra.
Cánh hướng dòng cho thu hồi nhiệt thải
Cánh hướng dòng có làm mát với các kênh trao đổi nhiệt tích hợp cung cấp một giải pháp linh hoạt để thu hồi nhiệt thải trên nhiều ứng dụng. Khi được tích hợp vào các hệ thống trao đổi nhiệt, các cánh này có thể thu thập năng lượng nhiệt dư thừa mà nếu không sẽ bị thất thoát, chuyển nó đến các hệ thống thu hồi nhiệt, do đó nâng cao đáng kể hiệu suất 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 có làm mát có thể thu hồi nhiệt thải từ khí thải và chuyển hướng nó để làm nóng trước chất lỏng hoặc không khí đi vào, do đó giảm tiêu thụ điện năng. Trong các hệ thống HVAC, các nguyên tắc tương tự được áp dụng thông qua các thiết bị như máy thông gió thu hồi nhiệt (HRV) và máy thông gió thu hồi năng lượng (ERV), giúp truyền nhiệt giữa các luồng không khí thải và không khí đi 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 có 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 suất 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 chiết xuất từ lòng đất, tối ưu hóa các quá trình trao đổi nhiệt.
Trong các sáng kiến năng lượng xanh và tái tạo, thu hồi nhiệt thải đóng vai trò quan trọng trong việc giảm lượng khí thải carbon và tăng cường 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 sử dụng 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 bằng cách sử dụng các cánh hướng dòng có làm mát. Bằng cách tích hợp các cánh này vào các thiết lập trao đổi nhiệt, được thiết kế để thu thập và tái sử dụng năng lượng nhiệt mà nếu không sẽ bị thất thoát, 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 suất năng lượng mà còn hỗ trợ các mục tiêu bền vững bằng cách giảm tiêu thụ điện năng và chi phí vận hành.
Ứng dụng
Cánh hướng dòng của chúng tôi phục vụ nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng đa dạng
Hệ thống HVAC
| Tòa nhà thương mại | Tối ưu hóa hệ thống ống gió; Hiệu suất 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 phức hợp dân cư | Đảm bảo môi trường sống thoải mái với chất lượng và lưu lượng gió 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 công trình 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 |
| Các 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 hòa nhiệt độ và độ ẩm cho sản xuất công nghệ cao và yêu cầu khắt khe; Cánh dẫn hướng điều hòa không khí duy trì các tiêu chuẩn lưu lượng gió 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 hầm ngầm | Cải thiện chất lượng không khí và an toàn cho công nhân trong môi trường hầm ngầm; |
| Cơ sở công nghiệp | Tối ưu hóa hệ thống ống gió; Hiệu suất năng lượng; Phát triển bền vững; Giảm chi phí vận hành; |
| Xưởng đúc và cơ sở công nghiệp nặng | Hiệu suất năng lượng; Giảm chi phí vận hành; Thu hồi năng lượng nhiệt thải; Khử cacbon và ESG; Ống gió HVAC công suất lớn; 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 hệ thống thông gió thiết yếu cho các khu mỏ và cấu trúc ngầm khác, giảm thiểu rủi ro từ các điều kiện nguy hiểm; |
Mỗi ứng dụng này đều được hưởng lợi đáng kể từ thiết kế và chức năng tiên tiến của cánh hướng dòng TunnelTech, đánh dấu một bước tiến vọt trong quản lý lưu lượng gió hiệu quả. Bằng cách chọn cánh dẫn hướng lực cản thấp của TunnelTech, khách hàng có thể kỳ vọng không chỉ đạt được mà còn vượt qua các mục tiêu hiệu suất hệ thống của họ, đồng thời
- •giảm tiêu thụ điện năng * lên đến 30%
- •giảm tiếng ồn * 60%, so với các ống gió thông thường.
* – kết quả thực nghiệm đối với hình học hầm gió TT45 PRO.
Để được tư vấn và biết thêm chi tiết về cách cánh hướng dòng của chúng tôi có thể được tùy chỉnh để phù hợp với các 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 lưu lượng gió tối ưu.
Lắp đặt & Bảo trì
- •Kích thước và Thông số kỹ thuật
Xác minh kích thước ống gió và thông số kỹ thuật của cánh hướng dòng trước khi lắp đặt
- •Tùy chọn lắp ráp
Có sẵn trong các cấu hình kẹp, bắt vít và hàn
- •Xử lý tải trọng
Tuân thủ các 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 kèm theo mỗi đợt giao hàng
- •Lịch trình kiểm tra
Kiểm tra trực quan thường xuyên để đảm bảo sự căn chỉnh của 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 suất lưu lượng gió
Tài liệu
Thông tin kỹ thuật về các cụm đoạn góc hầm gió Tunnel Tech và thông số cánh hướng dòng có sẵn trong bảng dữ liệu toàn diện dành cho các sản phẩm TTE-TSA và TTE-TV. Tài liệu này chứa thông tin về các tùy chọn thiết kế, hệ số cản cục bộ cho các góc chuyển hướng dòng chảy 90 độ theo chiều ngang và chiều 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 các ấn phẩm liên quan
Thông tin bổ sung về thiết kế và tối ưu hóa các cánh quay cho hầm gió, hệ thống ống gió công nghiệp, ống gió HVAC và thiết bị quản lý lưu lượng gió, bộ chỉnh dòng quạt, v.v. có thể được tìm thấy tại các liên kết dưới đây:
- 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 do ma sát: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss