Szukanie maksymalnej efektywności wywietrzników grawitacyjnych Zefir-150

Wymagania stawiane przez współczesny świat techniki nie pozwalają spocząć na laurach. Również ambitny projektant urządzeń wentylacyjnych ciągle poszukuje nowych rozwiązań, które wdrożone w nowy wyrób lub już istniejący ale będący na etapie modyfikowania , pozwoli postawić go na wyższym poziomie jakości i zwiększy efektywność jego działania.

Procesy te, jeszcze do niedawna wymagały wielu prób, badań prototypowych, kolejnych zmian i montowania kosztownych stanowisk pomiarowych. Uzyskanie optymalnego efektu trwało w zależności od złożoności problemu, nieraz wiele miesięcy a efekt końcowy nierzadko był pewnym kompromisem, wymuszonym względami ekonomicznymi. Czas poganiał badaczy i konstruktorów, bo przecież względy ekonomiczne nakazywały jak najszybciej wprowadzić produkt na rynek.

Współczesny konstruktor, wyposażony w zaawansowane oprogramowanie, posiadający możliwości wydruku w technice 3D swoich pomysłów, posiada jeszcze narzędzia symulacji quasi rzeczywistej wyrobu. Ma więc potężne narzędzia w swoim warsztacie pracy a produkty finalne są doskonalsze i powstają szybciej , przy zmniejszonych nakładach na wykonanie prototypu.

Prześledźmy ostatnią modyfikację wywietrznika grawitacyjnego Zefir-150. Produkt ten powstał kilkanaście lat temu, jednak teraz stanęliśmy przed zadaniem poprawienia jego efektywności. Ograniczeniem były gabaryty, chodziło o to by nie zmieniając wysokości, średnicy zewnętrznej tak przemodelować kształt żaluzji by poprawić poziom podciśnień wytwarzanych w strudze powietrza zewnętrznego. Po kilku próbach projektowych powstała żaluzja, która z wklęsłej stała się wypukła. Tak skonstruowany wywietrznik poddano badaniom modelowym.

_{Rys. 1. Schemat pomiarowy badanego modelu wywietrznika Zefir-150/M}

Na rys. 1 przedstawiono schemat pomiarowy, w którym widać, że badane urządzenie starano się sprawdzić przy różnych prędkościach i kątach padania wiatru na wywietrznik.

_{Rys. 2. Aksjonometryczny schemat badanego modelu wywietrznika Zefir-150/M z zaznaczonym przekrojem poddanym analizie modelowej ciśnienia}

_{Rys. 3 Aksjonometryczny schemat badanego modelu wywietrznika Zefir-150/M z zaznaczonym przekrojem poddanym analizie modelowej prędkości powietrza.}

_{Rys. 4. Wizualizacja prędkości powietrza oraz występujących stref przyspieszeń i kierunków w bezpośredniej bliskości zamontowanego wywietrznika.}

Model wykonany w środowisku Creo 3.0, poddano analizie wykorzystując program FloEFD. Wizualizację wartości podciśnień oraz strug i turbulencji powietrza zarówno wewnątrz wywietrznika jak również wokół niego przedstawiają rysunki 2,3,4,5,6,7 a wyniki wartości podciśnień zapisano w tabeli 1. Widać wyraźnie, że efektywność jest największa przy poziomej strudze wiatru, ale w każdym przypadku przy różnych kątach jego padania występują podciśnienia co jest istotne dla poprawnej pracy wywietrznika na obiekcie. Wywietrznik o takich cechach minimalizuje “cofki” powietrza do kanału z zewnątrz a to jest przecież główna bolączka wentylacji naturalnej w budynkach.

_{Rys. 5. Wpływ działania poziomej strugi wiatru na prędkość powietrza w korpusie wywietrznika. Widoczna strefa przyspieszenia strugi oraz turbulencje na żaluzji od strony kierunku naporu wiatru.}

_{Rys. 6. Linie strugi oraz miejsca występowania turbulencji w przestrzeni żaluzyjnej wywietrznika.}

_{Rys. 7. Wizualizacja poziomu ciśnienia w przestrzeni wywietrznika w strudze omywającego go wiatru.}

Jak zmienił się współczynnik oporu miejscowego ξ. Tu również przyszedł z pomocą program symulacyjny.

Rys. 8 przedstawia przykładowy profil prędkości i wartości ciśnień w przestrzeni wywietrznika w wariancie gdy powietrze przez niego przepływa.

Wyniki zebrano w tabeli 2, a obliczony na bazie tych wartości współczynnik ξ wynosi 0,83. Jest to kilkakrotnie mniej niż przed modyfikacją żaluzji, tym samym uzyskany wynik w pełni zadawala postawiony na wstępie cel projektowy.

_{Rys. 8. Produkt finalny - zdjęcie.}

_{Rys. 9. Wykres porównawczy wywietrznika Zefir-150 oraz wywietrznika Zefir-150/M. Widać wyraźny wzrost efektywności nowej konstrukcji.}

Co pozostaje konstruktorom?

Oczywiście sprawdzić wyniki w rzeczywistości pomiarowej. Już pierwsze pomiary w tunelu aerodynamicznym pokazały zbieżność wyników z badaniami symulacyjnymi. Badania porównawczo wykonano również dla poprzedniej, wklęsłej wersji żaluzji wywietrznika Zefir-150, a wyniki przedstawiono w postaci wykresu. Widać wyraźną różnicę inplus dla wywietrznika z żaluzją wypukłą. Jej efektywność oraz niższy współczynnik oporu miejscowego ξ daje efekt podciśnienia przy wyższych wydajnościach przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych.

	Kąt padania wiatru
Siła wiatru	-60 st.	-45 st.	-30 st.	0	+30 st	+45 st	+60 st
2 m/s	-0,40	-0,10	-0,12	-0,68	-0,21	-0,10	-0,05
4 m/s	-0,52	-0,48	-0,46	-2,62	-0,41	-0,32	-0,22
6 m/s	-1,75	-1,43	-1,00	-5,21	-0,90	-0,70	-0,51
8 m/s	-1,96	-1,55	-1,25	-11,5	-1,24	-1,26	-1,15

lp.	w	ps	pd	ξ
1	0,5	0,09	0,15	0,66
2	1	0,53	0,6	0,88
3	1,5	1,2	1,35	0,88
4	2	2,1	2,4	0,87
5	4	7,6	9,6	0,79