空气动力学组件

转向导流叶片

采用我们革命性集成冷却技术的精密气动导向装置。为风洞、先进 HVAC 系统和工业管道提供行业领先的流动效率。

转向导流叶片简介

在气流管理领域，风道转角的设计在通风、暖通空调(HVAC)系统和风洞的效率和功能中起着关键作用。当空气被迫急转弯时（这在风道系统中经常需要），它会遇到增加的水力阻力，导致更高的压力损失和湍流。这不仅需要更多能量来维持气流从而损害了系统的效率，而且由于湍流施加的不均匀压力，还会影响风道系统的结构完整性。

这就是转向导流叶片（也称为转角叶片或导流叶片）发挥作用的地方（图1）。风道转角叶片设计安装在转角内，使空气能够以最小的阻力通过转弯，有效减少压力损失并减轻湍流，而无需平滑半径弯道所需的额外空间。这使得转向导流叶片成为在紧凑空间内高效管理气流的理想解决方案。

图1. Tunnel Tech转向导流叶片转角段组件

与通用HVAC解决方案竞争的高性能导流叶片段。

克服上述急弯风道中湍流增加、压力损失和噪声等有害现象的传统解决方案是设计径向风道弯头（图2和图4，案例2）。这些弯头虽然在一定程度上能有效减轻湍流、噪声和压力损失（这在图4，案例1所示的急弯中很常见），但它们自身也存在一系列问题。

图2左侧展示了几种传统的通风风道，其转弯处由平滑弯曲的金属薄板和弯曲的导流板制成。该图代表了暖通空调(HVAC)风道中常用的几种标准变体示例，例如符合DW144风道标准。

此类风道解决方案在土木工程、小型企业和低功率暖通空调(HVAC)系统的小型应用中很常见且具有成本效益，因为在这些应用中，能源成本不是一个重要因素。然而，对于中大型和高容量发电、冶金、涡轮机械、换热器、余热回收以及现代绿色和可再生能源应用中的通风和冷却系统而言，这种设计并不是一个好的解决方案，因为在这些应用中，水力效率和节能是必不可少的。

然而，并非每次需要将水力管网的能耗优化到极致时，都需要建造定制的非标准风道。同样的图2右侧展示了Tunnel Tech对角导流叶片段的一种变体，它具有高能效、低噪声和低湍流的特点，同时符合暖通空调(HVAC)系统的行业标准，而且也可用于大型和高功率的工业用例。图3展示了一个可以轻松集成对角转向导流叶片段的大型设施示例。

图2. 传统的符合DW144标准的中型HVAC平滑弯头，带有金属薄板制成的分流叶片（左侧），以及用于标准风道的高性能Tunnel Tech转向导流叶片对角组件（右侧）。

图3. 用于风洞、发电和工业应用的大型Tunnel Tech风道转向段。

旨在降低压降、湍流和噪声的转向导流叶片设计

为了比较不同的转角设计，下方的图4给出了压降（ΔP）和CFD模拟的流场图。选择20 m/s的入口风速和2×2 m的方形风道作为演示示例。选择20 m/s的速度范围进行演示，是因为通常用于室内跳伞的专业级垂直风洞在大多数时间里运行的模式下，旋转段的流速在10到30 m/s之间变化。CFD计算是在20 C、零空气湿度、1个标准大气压下进行的，采用可压缩气体和粗糙度为250 µm的绝热壁面。每个计算域使用600万至1000万个网格单元。入口边界应用了平坦的入口分布和2%的湍流。湍流处理采用k-ε模型。

注意！请注意，图4中显示的插图仅为特定示例，仅用于说明工作原理并比较几种类型的转向转角段。这些案例不能被解释为绝对适用于所有用例的通用情况。对于每一个真实的通风系统或其他水力管网，必须在每个计算点考虑具体的水力参数、风道尺寸和形状、粗糙度和结构不规则性、流动不均匀性以及精确的气体物理参数。您可以通过联系我们为特定系统订购此类计算服务。

以下描述了这几种设计案例：

无导流叶片的转角段。
带有径向弯曲导流板的平滑弯曲转角段（r = ½ 风道高度）。压降还取决于风道隔板的数量和几何形状。图中展示了采用最少数量且形状优化的气流分流板的示例。
简单的径向弯曲薄板（厚度10-20 mm）。
主要竞争对手典型的未优化转向导流叶片。
采用优化翼型的Tunnel Tech转向导流叶片（TTE-TV）。

带有少量简单弯板分隔器（或完全没有导流叶片）的圆弧形风道最显著的问题是转角段出口处的压力和速度分布模式（图4，案例2，见出口截面）。该模式表明，在每个流动子域中，速度将从外壁向内壁增加，导致流场不均匀、大湍流和高噪声。转弯半径越小，发生气流分离、压力和速度场畸变的可能性越大，噪声水平和压降值也越高。

克服这些问题的唯一方法是增大此类转角段的曲率半径，并增加气流导流叶片的数量。这就引出了第二个问题——容纳这些弯道所需的空间增加，以及尺寸与风道截面相当的多个径向风道隔板的材料成本。在大型风道系统中，采用平滑半径弯道会导致结构大得不合理，使得这种方法在许多场景中不切实际，尤其是在空间宝贵的地方。所需的额外空间如下方图4，案例2中的虚线所示。每个转角的高度和宽度必须至少增加风道尺寸的½。对于闭式循环风洞而言，这意味着建筑尺寸在各个方向上都要增加几米，从而导致更高的风道成本和更高的资本投资。此外，每个分流器的成本将与风道壁相同。

图4. 风道系统中的转角段 - 设计与性能比较

风洞和工业通风的最佳解决方案是采用沿对角线排列的机翼型截面转向导流叶片，如图4，案例3-5所示。

以上所有CFD图像均以2x2 m入口、20 m/s风速的风道转角段为例，这与室内跳伞和低速亚音速风洞的应用场景最为相关。

图4案例3展示了由薄弯金属板制成的简单导流叶片转角段。图4案例4是TunnelTech最主要竞争对手所提供的转向叶片的最佳示例。两者的弦长较短且翼型未经过优化，导致截面出口处出现残余的流场不均匀性、更大的气动阻力和风道噪声。由简单弯曲金属板制成的薄叶片即使在低风速下也通常会超过允许的噪声水平，而具有低弦厚比的短粗型叶片表面积较小，这在需要使用冷却导流叶片进行传热的应用中是不理想的。

在图4案例5的下半部分，展示了配备高性能Tunnel Tech转向导流叶片（订购请参考料号：TTE-TV-90）的风道转角。从截面图中可以看出，在采用合理翼型导流叶片的情况下，气流更加均匀，从而降低了压降和湍流。

配备长弦叶片的Tunnel Tech转角段的出口气压/流速分布也远优于其他情况。这造就了Tunnel Tech无与伦比的气动质量，正如众多专业跳伞运动员和其他客户的评价所反映的那样。

上述所有讨论的数据（包括弦长和冷却选项）也列于表1中。

表1. 图4中案例1-5的对比参数。

案例 / 叶片类型	ΔP (Pa) (*)	ξ (*)	弦长 (mm)	冷却
1. 无叶片，急转弯	114	0.47	—	否
2. 平滑弯曲转角段	41	0.17	> 2000	否
3. 简单的径向弯曲薄板	80	0.33	250–500	否
4. 主要竞争对手的转向导流叶片	88	0.37	280	是
5. Tunnel Tech优化的转向导流叶片	57	0.24	500	是

图5给出了配备TunnelTech和竞争对手叶片的风道转角段在高达100 m/s速度范围内的水力损失系数值，该值不会因初始数据的选择而产生偏差。

有关沿风道长度的水力损失、局部阻力和总水力损失系数的更多详细信息，请参见下文。

图5. Tunnel Tech与竞争对手转向段比较。相同几何形状和初始计算条件下的达西-魏斯巴赫水力损失系数。

减轻湍流以实现可靠的水力和结构安全计算

图6. Tunnel Tech转角叶片段湍流尺度 (m) @ 20 m/s

平滑且可预测的压力/速度分布对于不能接受高湍流或气流分离的应用尤为重要，例如实验风洞、室内跳伞设施和高功率应用。这些寄生现象，以及由气流分离和大尺度湍流引起的压力脉动，在要求无声学诱发振动的装置中，以及由于风道结构稳定性要求而不允许任何静压偏差的装置中，也是不可接受的。此外，这些湍流是常见的噪声源，会进一步降低系统的整体性能和提供给最终用户的舒适度。

还应考虑到，如果不使用特殊的整流器、蜂窝整流器、除湍流网或其他气流管理设备[1-3]，流动不规则性往往会进一步发展和加剧。精确的气体动力学分析需要计算下一个风道元件的阻力，同时考虑由水力管网中前一个元件产生的真实入口压力/速度分布。对于长水力管网，由于尺寸巨大，通常无法对整个系统进行CFD模拟。对于这种情况，通常使用涉及流体无量纲数和几何准则的近似半经验计算[4]或基于此类方法的软件。此外，用于确定风道结构稳定性的FEA建模通常是在风道壁上施加稳定的静压场来进行的。因此，在下游发展的严重流动不规则性也会给承重结构的安全关键性调查引入误差。

近似方法通常不处理水力管网元件入口处速度分布的畸变，充其量只考虑分布是已充分发展还是尚未发展（均匀），以及边界层参数。在风洞和工业通风系统中，每次气流转向都可能导致不均匀性和强烈的旋流，这会导致长水力管网中水力阻力计算的不确定性。因此，在可能的情况下，应避免出现大的速度分布不规则性。

从图6和上述演示中可以看出，配备TunnelTech转向导流叶片的转向段参数不仅不会产生额外的流动扰动，还可以用于抑制转向段下游的旋流和不均匀性。因此，带有TunnelTech叶片的转向段也可以作为有效的整流器，安装在轴流风机、风道扩散段、换热器、测试段、风道分支或接入点，或任何其他产生湍流的物体之后。

局部阻力系数

转角的局部阻力特性可以使用著名的达西-魏斯巴赫方程计算：

ΔP = ξ · ρ · v² / 2

其中：

ΔP – 总压力损失（压降），单位为 Pa；
ξ – 局部阻力（达西-魏斯巴赫）系数；
ρ – 流体密度（kg/m³）；
V – 入口截面处的流体速度（m/s）。

这些决定风道能效的参数高度依赖于转向导流叶片的设计。

根据[4]，复杂水力元件的总阻力可以表示为沿程摩擦阻力 ξ_L 和局部阻力 ξ₀ 之和：

ξ_SUM = ξ_L + ξ₀

对于直线风道，沿程阻力与长度成正比，与水力直径成反比，其公式表示为：

ξ_L = (L / D) · f

其中f是达西摩擦系数（Darcy friction factor）。

对于简单形状的管道（如圆形、方形、六边形），f可以表示为仅与雷诺数相关的非线性依赖关系——参见文献[4]第2章或https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation

对于管壁光滑的简单圆管（圆形风道），在入口处具有充分发展的稳定速度分布且处于湍流状态（雷诺数 Re > 4×10³）时，摩擦系数f可通过以下公式计算：

f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²

对于真实风道，还必须考虑粗糙度。

下方的图7显示了达西摩擦系数与雷诺数Re在不同相对壁面粗糙度下的关系图，由尼古拉兹在[5-8]中首次发表。该图也被称为穆迪图[9]或科尔布鲁克-怀特相关式[10-11]。有关光滑管道的现代研究可见于[12]。

该图显示了具有不同粗糙度的圆管的f(Re)的复杂依赖关系。对于方形和其他非圆形管道，该图将更加复杂。因此，必须考虑流动状态（雷诺数）、风道形状和相对壁面粗糙度。

图7. 穆迪（又称尼古拉兹）图，显示了不同相对粗糙度下达西-魏斯巴赫摩擦系数f_D与雷诺数Re的关系 – 原始图表：S Beck和R Collins，谢菲尔德大学，在CC BY-SA 4.0协议下共享，wikimedia.org

在真实粗糙风道的情况下，仍然可以将总阻力表示为沿程阻力和局部阻力之和 ξ_SUM = ξ_L + ξ₀。

这种求和表示法简化了风道参数的研究，因为局部阻力 ξ₀ 可以针对简化的元件几何形状进行计算——例如，在具有较小计算域的周期性问题公式中，或在问题的2D版本中。请注意图4所示示例的计算域尺寸巨大，该截面高度为3米，长度为18米，网格收敛性在网格单元数量超过1000万时才开始充分显现。对于这些情况，采用周期性或2D条件的变体问题公式，其网格单元数量可以减少一个数量级，并且ΔP(v)图中每个速度点的简化计算只需几分钟甚至几秒钟，而不是几个小时。

因此，划分为两个阻力之和可以显著简化计算——可以快速确定局部阻力 ξ₀，然后加上沿程阻力 ξ_L。后者可以从已知表格中快速估算，或者使用基于无量纲数和风道几何参数的简化方程通过近似公式进行估算。对于流动方向发生突变的水力和风道管网元件（成角弯头、平滑弯管、带或不带转向导流叶片的不同角度弯管），在详尽的《水力阻力手册》[4]的第6-1和6-2章中介绍了一种类似的方法。

技术规格

用于精密工程和性能计算的综合技术数据。

常规

弦长500 mm

弦长间距比≥3:1

转向角90° (可定制)

每米重量14.53 kg/m

材料阳极氧化铝

表面处理阳极氧化

冷却通道6

可用长度500 - 10,000 mm

集成冷却技术

革新风洞设计，我们的转向导流叶片具有集成的内部冷却剂通道——在不影响气流质量的情况下提供卓越的热交换效率。

巨大的散热能力，可从数百千瓦扩展到数十兆瓦。
高效的热管理，对气流湍流或流场质量零负面影响。
每个叶片设计有六个集成的内部冷却通道，以实现最大的热效率
与标准工业水冷基础设施无缝集成

产品亮点

Tunnel Tech的气流转向导流叶片（TTE-TV产品）处于该技术的前沿，在气流管理方面提供无与伦比的效率。我们的产品专为广泛的应用而设计，从室内跳伞设施和风洞到暖通空调(HVAC)和通风系统，体现了气动设计和能效的尖端水平。

风道中转向导流叶片段的性能

Tunnel Tech的高性能气流导向叶片树立了动力和气动效率的行业标准。我们的节能转向导流叶片专为最大限度地减少气动摩擦而设计，确保气流顺畅并降低能耗。

TunnelTech的转向导流叶片具有出色的风道局部阻力特性。使用达西-魏斯巴赫方程计算的阻力参数（如上所述）显示在以下图表中（见下方图8）以及转向导流叶片数据表中。

通常，在风道尺寸未知的情况下，给出的值是针对具有周期性横向边界条件的理想化元件的，而不考虑沿长度方向的额外壁面阻力、粗糙度以及其他局部参数的影响。在图8中，给出了带有Tunnel Tech叶片的理想化转向转角元件的值，该值是在具有周期性边界条件的15个叶片堆叠的无限周期序列近似中计算得出的。

图8. Tunnel Tech转向导流叶片局部阻力系数及相应的压降。

如果暖通空调(HVAC)或其他水力系统由沿流动路径通常不改变流通面积截面形状的风道组成，则为了进行近似计算，估算单位长度的阻力率是很方便的（当然，要在整个速度范围内进行估算）：

K_L = ξ_L / L = f / D_h

其中D_h是风道水力直径。如上所述，K_L的值很容易从参考书中确定。因此，将其乘以长度，再加上从数据表中获得或独立计算的局部阻力值 ξ₀，就可以快速估算系统中的总压力损失。

ξ_SUM = K_L · L + ξ₀

图4中所示的2×2米方形风道的上述说明性示例，在使用计算中的气体参数和粗糙度时，其单位长度阻力率约为 KL = ξL / L ~ 2.1 Pa。该值适用于评估不考虑弯头、叶片或其他内部设备的方形风道。对于气团沿风道行进的21米全长，将产生约44 Pa的压降。加上图8中显示的值（根据转向导流叶片数据表（表A.2.1），20 m/s速度下为11 Pa），对于内部带有转向叶片的真实2×2方形风道段，总阻力为55 Pa。该值与图4案例5中显示的值非常吻合。

有关在不使用CFD方法的情况下计算任何形状风道阻力的近似方法的更多信息，可以轻松在<a href="#references">[4]</a>或类似文献中找到。

注意！请注意，图4中显示的示例仅为演示转向叶片运行的特例，不能用于评估任意风道！图8适用于更广泛的背景，但是，需要考虑客户风道的具体参数。每个特定系统都需要详细分析，您可以向Tunnel Tech订购该服务。如需准确计算风道水力阻力并对您的通风或风洞设备的能耗进行专家评估，请联系我们。

有关服务和研发的更多信息，也可在技术页面和服务部分找到。

用于工业冷却和加热的转向导流叶片

在工业风道导流叶片中，我们的产品独树一帜，能够以高流速循环冷却液，从而在空气通过风道时对其进行高效的冷却或加热。这一特性为使用室内气候控制叶片和低阻力风道集成换热器进行热调节开辟了新的可能性，为客户的气流需求提供了多功能的解决方案。

我们的导流叶片采用HTC_L（每延米传热系数）计算方法进行评估，该方法量化了外部空气与转角叶片冷却液之间每开尔文对数平均温差（ΔT_LMTD）下每米转向叶片长度的热通量（以瓦特为单位）。我们的导流叶片专为在各种气流条件下实现有效散热而设计，保证了稳定的性能和温度调节。

水冷转向导流叶片的传热系数参数如图9所示，包括湿空气和干空气的情况，其中ΔP [kPa]表示叶片进出口（图10中的蓝色和红色）之间的水压差。

图10. 转向导流叶片冷却通道

图9. HTC_L系数。在冷却液通道进出口之间不同冷却液压差（水）下的干空气（RH=0%）和湿空气（30 °C时RH=90%）。

用于余热回收的转向导流叶片

带有集成换热通道的冷却转向导流叶片为各种应用中的余热回收提供了一种多功能的解决方案。当集成到换热系统中时，这些叶片可以捕获原本会流失的多余热能，将其转移到热回收系统中，从而显著提高整体系统效率。

在实际应用中，该技术可用于多个领域。例如，在工业过程中，冷却转向导流叶片可以从废气中回收余热，并将其重新定向以预热进入的流体或空气，从而降低能耗。在暖通空调(HVAC)系统中，通过热回收通风机（HRV）和能量回收通风机（ERV）等设备采用了类似的原理，这些设备在排气和进气流之间传递热量。该过程最大限度地减少了加热或冷却进气所需的能量，从而节省了大量能源。

此外，冷却转向导流叶片可以集成到发电和可再生能源领域的系统中。例如，在热电联产（CHP）系统中，发电产生的余热被回收并用于供热，从而提高了系统的整体效率。在地热能系统中，这些叶片可以帮助管理从地下提取的热能，优化传热过程。

在绿色和可再生能源倡议中，余热回收在减少碳足迹和增强能源系统可持续性方面发挥着关键作用。这种方法通过有效的热管理提高资源效率并降低运营成本，符合精益制造原则。此外，在ESG项目中，采用此类技术表明了致力于最大限度地减少环境影响和优化资源使用的承诺，符合更广泛的可持续发展目标。

热回收 – 相关项目

Tunnel Tech在实施涉及换热和暖通空调(HVAC)系统的项目方面拥有丰富的经验，这些系统旨在使用冷却转向导流叶片进行余热回收。通过将这些叶片集成到换热装置中，旨在捕获和重新利用原本会流失的热能，Tunnel Tech能够更有效地从各种工业和商业过程中回收余热。这种方法不仅提高了能效，还通过降低能耗和运营成本来支持可持续发展目标。

应用领域

我们的转向导流叶片服务于广泛的行业与应用领域

暖通空调(HVAC)系统

商业建筑	风道优化；能效提升；降低运营成本；通过高效管理空气质量和温度提升健康与安全；
住宅小区	以最佳的空气质量和气流确保舒适的居住环境；提升健康与安全；
数据中心	热管理气流导向叶片维持关键的温湿度水平，确保服务器性能与使用寿命；

土木工程通风系统

医院与医疗保健设施	静音运行的导流叶片提供至关重要的空气质量控制，以保护患者和医护人员；通过高效管理空气质量和温度，提升健康与安全水平
教育机构	通过改善空气流通，创造有利的学习环境

环境控制

电子、生物科技、食品科技及其他高科技设施 / 洁净室	为高科技和高要求生产调节温湿度；空调导流叶片维持制造和研发所需的严格气流标准
体育场馆	确保运动员和观众的舒适与安全

工业与特殊应用

隧道建设与维护	改善隧道环境中的空气质量，保障工人安全；
工业设施	风道优化；能效提升；可持续发展；降低运营成本；
铸造厂与重型工业设施	能效提升；降低运营成本；余热回收；脱碳与ESG；重型HVAC风道；热管理；
船舶工程	增强船舶和潜艇的通风系统，提高船员舒适度与设备可靠性；
采矿与地下建筑	为矿区及其他地下结构提供关键通风，降低危险环境风险；

这些应用均从TunnelTech转向导流叶片的先进设计与功能中显著受益，标志着高效气流管理的一次飞跃。通过选择TunnelTech的低阻力导流叶片，客户不仅能达到甚至超越其系统性能目标，同时还能

•降低能耗*高达30%
•降低噪声*达60%（与传统风道相比）。

* – 基于TT45 PRO风洞几何结构的实验结果。

如需咨询或了解我们的转向导流叶片如何量身定制以满足特定需求，请联系我们的团队。让TunnelTech成为您实现最佳气流管理解决方案的合作伙伴。

安装与维护

安装指南

•
尺寸与规格
安装前核实风道尺寸和转向导流叶片规格
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安装选项
提供夹紧式、螺栓固定式和焊接式配置
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负载搬运
遵循负载搬运指南以确保安全运输和定位
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分步安装
每次产品交付均附有详细的安装说明

维护提示

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检查计划
定期目视检查以确保叶片对齐和结构完整性
•
清洁程序
定期清洁以清除叶片表面积聚的灰尘和碎屑
•
磨损监测
监测腐蚀、侵蚀或机械损坏的迹象
•
故障排除指南
解决常见问题，如振动、噪声或气流效率降低

技术文档

TTE-TSA产品数据表

有关Tunnel Tech风洞转角段组件和转向导流叶片参数的技术信息，请参阅TTE-TSA和TTE-TV产品的综合数据表。该文档包含设计选项、水平和垂直90度气流转向角的局部阻力，以及带冷却通道的转向导流叶片的水力和传热参数信息。

下载TTE-TSA数据表 (PDF)

参考文献与相关出版物

有关风洞、工业风道、暖通空调(HVAC)风道和气流管理设备、风机整流器等的旋转叶片设计和优化的更多信息，请访问以下链接：

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
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另请参阅：

穆迪图 (Moody’s chart)： en.wikipedia.org/wiki/Moody_chart
达西-魏斯巴赫 (Darcy-Weisbach)： en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
摩擦系数： en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
摩擦损失： en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss

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