Hur analyseras och optimeras VZ-omriss i 2D- och 3D-modeller för ventilationssystem?

Programmet analyserar koordinatarrayen som laddas in i det och tar bort mellanliggande värden, samtidigt som användaren kan se resultatet och välja att ta bort fler punkter eller återgå till det ursprungliga tillståndet. Punkterna måste tas bort på ett sätt som gör att polylinjen som definierar den resulterande formen återspeglar den ursprungliga smidiga profilen, utan att skapa onödiga detaljer, då detta skulle leda till onödiga belastningar för den beräkningsnätgenererande maskinen och ytterligare komplicera beräkningarna i processorn. När ett optimalt antal punkter har erhållits, måste förprocessorn (nätbyggaren) köras för att bygga nätet med hjälp av dessa koordinater. För att påskynda denna arbetsintensiva operation har vi också utvecklat "AutoCAD Builder" – ett hjälpverktyg som möjliggör skapandet av VZ-konturpunkter i AutoCAD automatiskt och upprättar den erforderliga beräkningsgeometrin. Därefter kan området importeras till Gambit-förprocessorn via det mellanliggande IGES-import/exportformatet.

Vidare bearbetning och analys av resultaten genomfördes för problemet med beräkningsnät Nr. 8. Det framgår av figur 2.5 att en andra VZ, något mindre i storlek, uppstår i den yttre hörnet av böjen; för att förenkla analysen betraktas den första VZ som bildas av flödesavbrottet vid böjens skarpa kant (den inre hörnet). Vid lösning av 2D-problem kan de yttersta ("fria") strömlinjerna användas för att bestämma VZ:s form eftersom de separerar VZ:erna från huvudflödesområdet. Detta är inte längre möjligt i 3D-inställningar, varför vi delade rörlängden i 11 longitudinella tvärsnitt där flödesmönster definierades i form av vektor fält. Avstånden mellan de två yttersta (nära väggarna) tvärsnitten valdes att vara dubbelt så små som mellan de andra. Figur 2.6a visar en 3D-flödesavskiljningszon som erhållits på detta sätt och som sedan kommer att användas som den första versionen av den formade böjmodellen. Det framgår att VZ har ganska komplexa konturer – dess höjd och längd är störst i mitten av kanalen och minskar när de närmar sig väggarna vid böjen. Ytan som omger VZ i området mellan de yttersta tvärsnitten och väggen minskar sedan linjärt till noll (streckad linje 1 i figur 2.6d), då man antar att det inte finns någon VZ på väggen. Den streckade linje 1 i figur 2.6d visar tvärsnittsformen av en sådan VZ vid ett avstånd y = 0,1 m från den skarpa kanten av böjen. En form som är lättare att rita och studera kan erhållas utan att reducera formen till noll, som i första fallet, utan genom att fortsätta den i en vinkelrätt riktning mot böjens vägg, som visas med den solida linjen 2 i figur 2.6d. Den resulterande ytan visas i figur 2.6b och kan nu användas som den andra versionen av den formade böjmodellen.

De nät som använder 3D-profiler (Nr. 1 och 2) minskar LDC dramatiskt jämfört med det icke-formade designen (~54%) och skiljer sig inte mycket från varandra. Användningen av en form härledd från 2D-simulering (alternativ #3) resulterar också i en signifikant minskning av LDC, som inte är långt efter (ca 9%) alternativ #1 och #2. Användningen av former härledda från 3D-simulering möter svårigheter både vid den numeriska simuleringsfasen för att producera formerna och vid den efterföljande tillverkningen av de formade fittingarna. Dessutom komplicerar användningen av sådana former designen av kanalfittings i onödan, medan fördelen med att minska LDC är blygsam i jämförelse med 2D-formning. Därför kommer vi i framtida studier av VZ-konturer att fokusera på 2D-modeller för kanalfittings och använda de resulterande 2D-konturerna för att utveckla dess energieffektiva konstruktioner.

Hur påverkar formade utsugshuvuden LDC och energieffektivitet vid lokala ventilationssystem?

För att analysera och optimera luftflödet i ventilationssystem är det avgörande att förstå hur olika utsugshuvuden påverkar de aerodynamiska egenskaperna, särskilt LDC (Loss Coefficient) och den energi som används av fläktarna. Genom att substituera x = 6.8 − l i ekvation (4.13) erhålls en detaljerad beskrivning av tryckfördelningen och hur dessa data påverkar LDC-värdena för olika typer av utsugshuvuden. Genom experimentella mätningar och beräkningar kan vi undersöka hur formade utsugshuvuden, såsom de med brutna eller raka kanter, minskar friktionsförluster och ger mer effektiva ventilationssystem.

Det framgår även av mätningarna att det är svårt att exakt mäta tryckförluster nära noll, och att felen i mätningar och laboratorieuppställning är av samma storleksordning som de uppmätta LDC-värdena. Trots dessa osäkerheter kan man konstatera att de numeriska LDC-värdena ligger inom det konfidensintervall som justerats för de experimentella LDC-värdena. Detta tyder på att de formade huvena har en signifikant effekt på att minska dragkraften för hela ventilationssystemet, vilket i sin tur leder till att luftflödet ökar vid konstant fläkthastighet och minskar fläktens energiförbrukning.

När man installerar formade utsugshuvuden, ökar flödeshastigheten av den evakuerade luften med 21.6% för det brutna huvudet och 20.2% för det raka huvudet. Detta beror på att det minskade LDC-värdet för de formade huvena resulterar i en ökad fångstavstånd för utsugssystemet, vilket gör det mer effektivt vid samma sugninghastighet. Denna förbättring har också inverkan på fläktens effektförbrukning, vilket kan minska elförbrukningen beroende på fläktens prestanda och den installerade luftkanalsnätverket.

Vid en detaljerad analys av tryckfallet i luftkanalen med det formade huvudet visades att installationskostnaderna för ventilationssystemet kan minskas, särskilt genom att optimera fläktens hastighet och därigenom minska energiuttaget. För ett visst sughastighetskrav minskade fläkthastigheten och strömningshastigheten för den evakuerade luften, vilket resulterade i en 13.7% minskning i strömförbrukningen. Detta gör formade huv ett kostnadseffektivt val för både nya och uppgraderade ventilationssystem.

I dessa experimentella uppställningar användes en fläkt med modellbeteckning CK 160-C för att mäta förändringar i luftflöde och tryck, vilket gav en tydlig bild av hur effektiviteten hos ventilationssystem förbättras genom att minska fläktens belastning. Samtidigt visades att tryckförlusten för luftkanalen med ett format huvud var reducerad, vilket gav bättre luftflödesdynamik och mindre behov av energi för att bibehålla systemets funktion.

Vid dimensionering och optimering av ventilationssystem med formade utsugshuvuden är det viktigt att beakta dessa förbättringar i både flödeshastighet och energieffektivitet. Den totala kostnadsbesparingen genom att minska fläktens effektförbrukning är inte bara relevant för driftseffektivitet utan har också en betydande inverkan på miljömässig hållbarhet och energioptimering.

Hur man mäter och analyserar damm i arbetsmiljöer: Metoder och resultat

För att mäta dammkoncentrationen användes en specifik formel som tog hänsyn till vikten av dammet på filtret, luftflödeshastigheten och den tid proverna samlades in. Det var också viktigt att ta hänsyn till det specifika luftflödet i rummet och hur länge dammet var i luften för att säkerställa noggranna mätningar. Genom att använda dessa metoder kunde forskarna fastställa dammkoncentrationer i arbetsmiljön och därmed bedöma potentiella hälsoeffekter på de anställda och kunderna i salongen.

För att vidare undersöka dammets sammansättning genomfördes kemiska analyser av dammprover som samlades efter att det hade satt sig på bordet. En oberoende laboratorium genomförde tester för att bestämma förekomsten av farliga ämnen som formaldehyd och flyktiga fenoler, vilka kan vara skadliga för hälsan vid långvarig exponering. För detta ändamål användes specifika metoder som till exempel fotometrisk analys med kromotropisk syra för att mäta formaldehydinnehållet. I samband med denna analys användes också andra avancerade instrument, som laboratorievågar och spektrofotometrar, för att exakt kvantifiera koncentrationen av dessa skadliga ämnen.

För att förstå dammets fysikaliska egenskaper genomfördes även analyser för att fastställa dammpartiklarnas densitet. Detta gjordes genom pyknometri, där dammet placeras i ett pyknometer med känt volym och densitet av vätskan, för att beräkna volymen och därmed densiteten av dammpartiklarna. För att få en mer exakt bild av dammets egenskaper användes även en gasspyknometer, där gasvolymen och temperaturreglering gjorde det möjligt att noggrant beräkna partikelns densitet genom en volymberäkning.

En annan viktig aspekt i analysen av dammets egenskaper var att mäta partikelstorleken. Detta gjordes genom en laser-diffaktionsmetod där dammpartiklarna passerade genom en laserstråle och ljusets spridning användes för att beräkna partiklarna storlek. Genom att analysera dessa data kunde man få fram både medelpartikelstorleken och spridningen (standardavvikelsen) för dammet. Det visade sig att industridamm oftast innehåller en stor mängd fina partiklar, vilket gör att det kan stanna längre i luften och ha en potentiellt större inverkan på hälsan än större partiklar.

Det är också viktigt att förstå att dammets sammansättning inte bara handlar om de fysiska och kemiska egenskaperna utan även om hur dammet sprids och stannar kvar i rummet. För att ta reda på detta använde forskarna en beräkningsmetod som baserades på Stokes formel, vilken hjälper till att förutsäga hur dammpartiklar rör sig i luften. Genom att analysera hur snabbt partiklarna faller ner eller stannar svävande i luften, kunde man beräkna den tid de är kvar i andningszonen och därmed hur stor exponeringen är för personer i rummet.

Det är också avgörande att överväga den långsiktiga effekten av dammexponering. Fina dammpartiklar, som de som frigörs vid nagelfilning, kan vara skadliga på lång sikt om de inte kontrolleras effektivt. Det är inte bara de omedelbara effekterna som ska beaktas, utan också de långsiktiga riskerna för sjukdomar som kan orsakas av konstant inandning av dessa små partiklar. Därför är det av största vikt att använda effektiva ventilationssystem och filtreringsmetoder för att minska dammnivåerna i arbetsmiljöer som nagelsalonger.