Szukanie maksymalnej efektywności wywietrzników grawitacyjnych Zefir-150

Jeszcze do niedawna procesy te wymagały wilu prób, badań prototypowych, kolejnych zmian i budowania kosztownych stanowsik 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, który obecnie dysponuje zaawansowanym oprogramowaniem, posiada możliwości wydruku w technice 3D swoich pomysłów, a także 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 zatem ostatnią modyfikację wywietrznika grawitacyjnego Zefir-150. Produkt ten powstał już kilkanaście lat temu, a teraz firma Uniwersal stanęła przed zadaniem poprawienia jego efektywności. Ograniczeniem były gabaryty, chodziło o to by nie zmieniając wysokości, średnicy zewnętrzej tak przemodelować kształt żaluzji, by poprawić poziom podciśnień wytwarzanych w strudze powietrza zewnętrznego. W rezultacie kolejnych prób powstała żaluzja, która z wklęsłej stała się wypukła. Tak skontruowany wywietrznik poddano badaniom modelowym.

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

Na rys. 1 został przedstawiony schemat pomiarowy, na którym widać, że badane urządzenie starano się sprawdzić przy różnych prędkościach i kątach padania wiatru na wywietrznik. 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 rys. 2,3,4,5,6,7 a wyniki wartości podciśnień zapisano w tabeli 1.
 

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	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

Tabela 1. Tabela zbiorcza wartości podciśnienia (Pa) na wlocie do wywietrznika w funkcji prędkości i kąta padania wiatru

Wyraźnie widać, 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 przewodu wentylacyjnego z zewnątrz a to jest przecież główna bolączka wentylacji naturalnej w budynkach. Jak zmienił się współczynnik oporu miejscowego ξ. Tu również przyszedł z pomocą program symulacyjny.

Rys. 8 Produkt finalny - wywietrznik grawitacyjny Zefir-150/M

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

Tabela 2 Wartości współczynnika ξ dla różnego poziomu przepływu powietrza przez wywietrznik

Wyniki zostały zebrane 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 zadowala postawiony na wstępie cel projektowy.

Co pozostaje konstruktorom?

Przede wszystkim sprawdzić wyniki w rzeczywistości pomiarowej. Już pierwsze pomiary wykonane w tunelu areodynamicznym pokazały zbieżność wyników z badaniami symulacyjnymi. Takie same badania porównawczo wykonano również dla poprzedniej, wklęsłej wersji żaluzji wywietrznika Zefir-150, a wyniki przedstawiono w postaci wykresu. W wyraźny sposób widać różnicę 'in plus' dla wywietrznika z żaluzją wypukłą. Jej efektywność oraz niższy współczynnik oporu miejscowego ξ daje efekt podciśnienia przy wyższych wydajnościach przepływu powietrza w przewodach wentylacyjnych.

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