Hvordan Bruken av Formede Utsugshatter Reduserer LDC og Øker Effektiviteten i Lokalt Utsug

Når det gjelder å designe effektive ventilasjonssystemer, spiller trykk og strømningsdynamikk en avgjørende rolle, spesielt i utformingen av utsugshatter. Beregningene som omhandler LDC (drag koeffisient) for ulike typer utsugshatter har vist at bruken av formede hoods kan gi betydelige gevinster både i form av reduserte friksjonstap og forbedret luftstrømningshastighet. Ved å analysere eksperimentelle data, kan man observere at utformingen av utsugshatten har en direkte innvirkning på både strømningseffektiviteten og fanens strømsparende kapasitet.

I eksperimentene som ble gjennomført, ble LDC-verdiene beregnet for to forskjellige typer hoods, nemlig de brutte og de rette formene. Resultatene viste at for L/D-forhold mindre enn 2,3 for den brutte hooden og 3,4 for den rette, ble det observert et separasjonsområde nedstrøms. Dette betyr at det oppstår en zone der det ikke er mulig å regne med friksjonstap, og strømningen blir mer påvirket av drag-effekten fra skjermens form. Ved et L/D-forhold på cirka 4, var LDC-verdiene for de to hoods nesten identiske med de numerisk beregnede verdiene fra CFD-metoder, noe som understøtter den teoretiske modellen.

Målingene som ble utført med trykkminiprober i den eksperimentelle oppstillingen, viste at trykkforskjellene i grenselaget ved de formede skjermene samsvarte godt med numeriske beregninger. For den brutte skjermen var den lineære korrelasjonen mellom de eksperimentelle og numeriske resultatene 0,988, og for den rette skjermen var den 0,985. Denne høye korrelasjonen vitner om at designet på den formede utsugshatten i stor grad reduserer draget på hele utsugssystemet.

Det er imidlertid viktig å merke seg at den faktiske energibesparelsen i fanens kraftforbruk kan variere avhengig av ventilatorens ytelse og den eksisterende kanalnettværkskonfigurasjonen. Selv om eksperimentene viste at fanens hastighet kunne reduseres ved å bruke formede hoods, er det nødvendig å ta hensyn til det totale luftstrømningsbehovet og eventuelle endringer i ventilatorens arbeidspunkt. For eksempel, ved å bruke en ventilator med konstant hastighet, ble det beregnet at strømforbruket kunne reduseres med omtrent 13,7 %, noe som gir et betydelig økonomisk potensial.

Videre er det viktig å forstå at denne forbedringen ikke bare handler om å redusere energiforbruket, men også om å forbedre effektiviteten til ventilasjonssystemet som helhet. Ved å bruke formede utsugshatter kan man få bedre kontroll over luftstrømmens distribusjon og dermed sikre en mer effektiv fangst av forurensninger. Dette er spesielt relevant i industrielle applikasjoner, der store mengder luft og potensielt helsefarlige partikler må håndteres på en sikker og effektiv måte.

I tillegg bør man være oppmerksom på at ulike installasjoner og design kan ha betydelig innvirkning på systemets totale ytelse. Det er derfor viktig å gjøre grundige vurderinger av både de eksperimentelle dataene og numeriske modellene før man implementerer disse teknologiene i praktiske applikasjoner. Spesielt bør man fokusere på hvordan de formede skjermene samhandler med resten av systemet, inkludert fanens karakteristikker og luftkanalenes utforming, for å maksimere både energibesparelser og effektiviteten i forurensningsfangst.

Hvordan Forming på Slottskyverventiler Reduserer Strømningstap og Øker Effektiviteten

Forming av ventilasjonskanaler, spesielt i slotted exhaust hoods med flenser, har vist seg å ha en betydelig innvirkning på å redusere strømningstap og forbedre systemets ytelse. Denne prosessen omfatter både teoretiske beregninger og eksperimentelle observasjoner som kan veilede ingeniører i utformingen av mer effektive ventilasjonssystemer.

Første VZ (virvelsonen) har en spesifikk dimensjon som avhenger av flensens lengde og helningsvinkel. Beregninger viser at VZ i en spalteluftehette, sammenlignet med en rund hette, er omtrent dobbelt så stor, og dimensjonene krymper med økende helningsvinkel. Dette indikerer at helningsvinkelen spiller en viktig rolle i utformingen av strømningene, og det er viktig å forstå hvordan disse variasjonene påvirker ventilasjonens effektivitet.

Det er også verdt å merke seg at når flensens helningsvinkel økes, øker trykktapene på grunn av høyere hastigheter i strømningsretningen. Denne økte hastigheten skaper mer kompleksitet i hvordan luftstrømmen møtes og forlater systemet. En nøye vurdering av flensens dimensjoner og helning er derfor viktig når man designer ventilasjonssystemer som skal minimere drag og øke effektiviteten.

I tilfelle med andre VZ, der det ikke tidligere ble gjort beregninger for spalteluftehetter, er det påvist at trykktapene for denne sonen er høyere sammenlignet med den første VZ. Dette innebærer at formering langs denne sonen kan ha en stor effekt på å redusere lokalt motstand, og dermed forbedre ytelsen til ventilasjonssystemet. Beregningene fra CFD-simuleringer viser at hvis man reduserer helningsvinkelen på flensen, blir VZ-sonen tynnere, noe som videre reduserer trykktapet.

Et spesielt interessant aspekt ved studiene er sammenligningen mellom runde og spalteluftehetter. Mens strømningene nær runde ventiler er aksessymmetriske, er dette ikke nødvendigvis tilfelle for spalteluftehetter, der dimensjonene på VZ kan vokse med lengden på flensen. Dette betyr at løsninger som fungerer godt for runde hetter, kanskje ikke direkte kan overføres til spalteluftehetter uten å ta hensyn til disse spesifikke forskjellene.

Ved å simulere flere utformingsalternativer for en spalteluftehette med flenslengde på 2,5B og helningsvinkel på 90°, kan man se hvordan disse valgene påvirker strømningene. For eksempel, når man bruker en utforming uten innsnøring, viser beregningene en betydelig reduksjon i LDC med 98,2%, noe som indikerer at formgivning i samsvar med DVM-baserte simuleringer kan ha en kraftig innvirkning på å redusere energitap. Alternativt, når man vurderer en "brutt" utforming, oppnås også en betydelig reduksjon i LDC, selv om den er litt høyere enn i det første tilfellet.

Den numeriske studien av CFD viser også hvordan hastigheten i inntaksområdet til en spalteluftehette øker betydelig i de smaleste seksjonene av utformingen, noe som kan påvirke hvordan luftstrømmene håndteres på vei inn i systemet. Denne økningen i hastighet ved innsnevring er en viktig faktor for å forstå hvordan helningsvinkelen og flensens lengde kan påvirke effektiviteten til ventilasjonen.

For ingeniører og designere er det viktig å forstå hvordan disse dynamikkene fungerer i praksis, ikke bare i teori. Selv små endringer i flensens design kan ha en stor innvirkning på både trykkfall og effektivitet. Denne innsikten kan bidra til å redusere energiforbruket, forbedre luftstrømmen og generelt øke ytelsen til ventilasjonssystemer som brukes i industrielle og kommersielle sammenhenger. Det er derfor viktig å ta hensyn til både den teoretiske forståelsen og eksperimentelle resultatene når man designer slike systemer.

Hvordan påvirker avstanden til en ugjennomtrengelig vegg dimensjonene av virvelsone?

Når vi sammenligner de oppnådde resultatene med kjente data fra Idel’chik og Steinberg (1994), kan vi se at eksperimentelle data (Idel’chik’s eksperiment) gir en tilfredsstillende overensstemmelse (gjennomsnittlig forskjell på omtrent 5 %) med de numeriske resultatene. Dette bekrefter at beregningsmodellen er tilstrekkelig.

I tilfelle s/R = 2 er forskjellen mellom konturene for 1VZ og for tilfeller uten en ugjennomtrengelig vegg på 12,2 %, og for s/R = 5 er forskjellen ikke mer enn 6,5 %. Dette viser at størrelsen på 1VZ øker med avstanden fra veggen (fra 0,5 til 2), for deretter å minke igjen for s/R = 5, og nærme seg størrelsen på VZ uten den ugjennomtrengelige veggen. Dette illustrerer at effekten av den ugjennomtrengelige veggen på VZ er mest merkbar på små avstander (s/R < 2), og at denne effekten avtar etter hvert som avstanden øker.

For å forstå reglene for endringene i dimensjonene av VZ, ble grafer for lengden a/R og bredden b/R av både 1VZ og 2VZ plottet. For 1VZ kan vi se at for hver eksaminerte flensestørrelse (d/R = konstant), unntatt for den minste flenselengden (d/R = 0,5), øker begge dimensjonene av VZ (hovedsakelig opp til s/R = 2) og deretter reduseres de gradvis. Dette kan forklares ved at på små avstander fra den ugjennomtrengelige veggen, begrenser denne utviklingen av VZ. Når den begrensende effekten avtar, begynner VZ å øke i størrelse, og dens dimensjoner blir større enn for VZ i tilfeller uten en ugjennomtrengelig vegg, på grunn av den høyere hastigheten på strømmen rundt den skarpe kanten av flensen. Etter hvert som avstanden øker, minker hastigheten, og størrelsen på VZ reduseres gradvis til samme størrelse som i frie forhold (uten ugjennomtrengelig vegg).

Dette viser at den ugjennomtrengelige veggen har to mekanismer som påvirker størrelsen på 1VZ: en "dempende" mekanisme som fører til en reduksjon i størrelse, og en "akselererende" mekanisme som øker størrelsen ved å akselerere strømmen i området der VZ dannes. Generelt kan vi konkludere med at den "dempende" effekten av den ugjennomtrengelige veggen forsvinner når avstanden når omtrent 2R, og at denne effekten blir mer uttalt ved mindre flenselengder.

Når det gjelder den andre virvelsonen (2VZ), viser analysene at begge dimensjonene minker når avstanden til den ugjennomtrengelige veggen øker. Dette kan forklares med at akselerasjonen av strømmen rundt den skarpe kanten av flensen reduseres, og dermed reduseres størrelsen på 2VZ. For 2VZ skjer den største reduksjonen i størrelse (omtrent 20-40 %) når avstanden øker mellom 0,5 < s/R < 2. Videre blir ikke størrelsesreduksjonen så betydelig (omtrent 5 %) når avstanden øker videre.

Endelig ble det beregnet en skaleringsfaktor for konturene av 1VZ ved hjelp av numeriske løsninger, og regresjonsligninger ble laget for å beskrive hvordan dimensjonene til 1VZ endrer seg med avstandene til den ugjennomtrengelige veggen. Dette kan være nyttig for å forutsi virvelsonenes adferd i ulike geometriske og operasjonelle forhold.

Hvordan Mesh-adaptering og Turbulensmodeller Påvirker Strømningsdynamikk i Plutselige Utvidelser

Når man arbeider med numeriske simuleringer av fluiddynamikk, spesielt i geometrier som inneholder plutselige utvidelser i kanaler, er valget av beregningsmesh og turbulensmodeller avgjørende for nøyaktigheten til resultatene. En viktig del av prosessen er å tilpasse meshstrukturen for å sikre at oppløsningen er tilstrekkelig for å fange opp viktige strømningsfenomener, som turbulens og dannelse av virvlesoner. I denne sammenheng er det viktig å vurdere hvordan mesh-strukturen påvirker beregningene av strømningsparametere som LDC (Lateral Drag Coefficient) og virvelsonens (VZ) konturer.

Et viktig aspekt ved mesh-adaptering er å bruke dimensjonsløse avstander som y* og y+ for å vurdere om cellene nær de faste veggene er tilstrekkelig fine. Etter flere tilpasningstrinn ble mesh-en raffinert til en minimum cellestørrelse på ~4,88·10⁻⁵ meter, med totalt ~2,1 millioner celler. Dette nivået av mesh-finkornighet er nødvendig for å oppnå nøyaktige resultater når det gjelder strømningsparametere som LDC og virvelsonenes geometriske utforming.

Når man ser på resultater for ulike turbulensmodeller, finner man at kombinasjoner som SKE SWF og RSM SWF viser betydelige svingninger i LDC-verdier når y* (eller y+) er mindre enn 10, noe som bekrefter at standard veggfunksjoner ikke er egnet for svært fine mesh’er. Andre modeller, som kombinasjonen av SKE og EWT, gir derimot mer stabile LDC-resultater, med maksimale endringer på bare ca. 2,5 %. Det er også bemerkelsesverdig at disse modellene er i god overensstemmelse med kjente data, med avvik som ikke overstiger 8 % ved høyere verdier av y* (eller y+).

Videre har studier av virvelsonenes lengde og form også vist seg å være svært følsomme for valg av turbulensmodell. For eksempel viser analyser av VZ-utslag at lengdene er kortere når SKE-modellen benyttes, mens de blir skarpere ved bruk av RSM-modellen. Relativ lengde på virvelsonen, definert som l/h, er viktig i studier av strømning bak trappetrinn, hvor det er funnet at virvelsonens lengde kan variere betydelig, fra 5,91 til 8,55 for ulike strømningsforhold.

Når det gjelder plutselige utvidelser, viser simuleringer at de numeriske resultatene for LDC samsvarer veldig godt med analytiske formler, og avvikene er små, med en maksimalt forskjell på 11 %. Dette er et bevis på at de numeriske metodene som benyttes er adekvate for å beskrive strømningsdynamikken i slike komplekse geometrier. Sammenligningene mellom numeriske resultater og data fra forskjellige forskningsstudier viser at VZ-lengden som en funksjon av ekspansjonsgraden, er godt korrelert med kjente verdier. Det bekrefter at modellene og tilpasningene som brukes gir realistiske prediksjoner for strømningens oppførsel i plasser med plutselige utvidelser.

For å oppnå nøyaktige simuleringer og sikre at modellen gir realistiske resultater, er det avgjørende å bruke den rette turbulensmodellen og mesh-adapteringsstrategien. Valget av mesh-størrelse og tilpasning har direkte innvirkning på nøyaktigheten av både LDC-verdiene og virvelsonenes geometri. Modellen som benyttes i denne studien, spesielt kombinasjonen av SKE og EWT, har vist seg å være pålitelig og gir gode resultater for plutselige utvidelser og andre geometrier med kompleks strømning.

Endtext