جریان هوا در کانال سازی و افت های دینامیک

در این قسمت به بررسی جنبه های مختلف طراحی و اتصالات در کانال سازی می پردازیم.منظور از اتصالات هر قسمتی از کانال است که مستقیم نیست. اتصالات معمولا شامل زانویی ها ، تبدیل ها و انشعابات می شوند.

هر تکنسین تهویه مطبوع باید مطالب این فصل ها را بلد باشد.این اطلاعات در حل مشکلات شما در صنعت مفید واقع می شوند. همچنین به شما کمک می کند که مشکلات احتمالی را شناسایی کنید. اغلب اشتباهاتی در مورد جریان هوا در کانال روی می دهد. اگر اصول ساده ی کانال سازی را یاد بگیرید اطلاعات شما بیشتر از تکنسین های شاغل در این صنعت بیشتر خواهد بود.

البته اطلاعات این فصل ها پایه ای و ابتدایی می باشند. این اطلاعات به شما کمک می کنند که اتصالات کانال را طوری بسازید که افت فشار حداقل باشد، بتوانید تغییرات جزیی در تجهیزات کانال وسیستم آن بدهید و مسایل مربوط به ساخت کانال ، نصب آن ، متعادل سازی هوا، سرویس و کیفیت هوای داخل را چاره کنید. البته کانال سازی و مشخصات تجهیزات برای یک ساختمان بسیار پیچیده تراز مطالب عرضه شده در این سایت است.

طراحی یک سیستم کانال و کانال سازی باید توسط یک مهندس مکانیک انجام شود که در طراحی تجهیزات تهویه مطبوع تجربه دارد.

الگوهای جریان هوا در کانال سازی

دوحالت جریان هوا در یک کانال حالت لایه ای و حال آشفته می باشند:

منظور از جریان لایه ای حرکت هوا در لایه هایی هم راستا با خطوط مستقیم است . به خاطر اصطکاک ، لایه هوا روی جداره های کانال آهسته تر از هوا در مرکز کانال حرکت می کند.

در جریان آشفته هوا حین حرکت در کانال چرخش و حرکت نامنظم دارد. جریان اآشفته مانند آبی است که بسرعت جریان دارد.

جریان هوای لایه ای طبقه طبقه است. یعنی لایه های هوا با دمای مشخص تمایلی به ترکیب شدن باهم را ندارند. از آنجا که هوا وسیله ای برای انتقال گرما است، این جالت منجر به انتقال ضعیف گرما می گردد. البته جریان هوای کاملا لایه ای به ندرت در کانال اتفاق می افتد.

جریان هوای آشفته رایج ترین حالت جریان هوا در کانال است. آشفتگی موجب پخش بهتر دمای هوا می گردد. البته این حالت موجب افت اصطکاک بیشتری می گردد. آشفتگی زیاد موجب بروز سر و صدای هوا در کانال می گردد.

مقدار آشفتگی در جریان هوا به یک عدد بستگی دارد که تابعی از عوامل مختلف مانند چسبندگی (ویسکوزیته)اصطکاک و سرعت هوا است. محاسباتی پیچیده برای به دست آوردن عدد رینولدز لازم است. اگر عدد رینولدز بیشتر از مقدار معینی باشد، جریان هوا آشفته می شود. برای کارهای علمی ، تقریبا همیشه جریان هوا در کانال آشفته است. جریان لایه ای در کانال هایی اتفاق می افتد که سرعت هوا بسیار پایین است.

جریان هوا و اتصالات کانال در کانال سازی

این یک قانون فیزیکی است که جسم متحرک تمایل دارد در راستای مستقیم حرکت کند و در مقابل هرگونه تغییر جهت مقاومت می کند. هر قدر سرعت بیشتر باشد مقاومت در برابر تغییر جهت بیشتر است.همه این حالت را هنگام تغییر جهت اتومبیلی که با سرعت زیاد در حرکت است تجربه کرده اید.

هوای جاری هم تمایل دارد در راستای مستقیم حرکت کند.هر قدر سرعت آن بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر تغییر جهت بیشتر است.یک زانویی قائم بدون تیغه های گردان را در نظر بگیرید. جریان هوا تا قبل از انکه مجبور شود تغییر جهت دهد تمایل دارد که مستقیم حرکت کند. وقتی که هوا به کنج زانویی برخورد می کند ، جهت حرکتش عوض می شود.

نتیجه این اتفاقات آشفتگی شدید جریان هوا و به وجود آمدن منطقه ای کم فشار در محدوده گلویی زانویی است. این آشفتگی موجب افت دینامیکی در کانال سازی می گردد. یک اتصال با طراحی اشتباه در کانال سازی می تواند منجر به افت دینامیکی برابر با افت ناشی از 50 فوت کانال مستقیم گردد. یک زانویی گرد با شعاع گلویی خیلی کم تقریبا افتی برابر با زانویی قائم دارد.هوا در پاشنه این زانویی به تدریج تغییر جهت می دهد ، اما هوا در قسمت گلویی تمایل به حرکت در امتداد مستقیم دارد.

نتیجه این عوامل تولید فشار و آشفتگی در پاشنه و در محدوده تغییر جهت است.وقتی که اتصال موجب آشفتگی می گردد، این آشفتگی تا چندین فوت بعد از اتصال در کانال مستقیم ادامه می یابد.

اتصالات در کانال سازی یا جهت جریان را تغییر می دهند یا ابعاد کانال را تغییر می دهند. اجزای کانال در جریان هوا ایجاد اخلال می کنند. بنابر این همه اتصالات و اجزای کانال ایجاد افت دینامیکی می کنند.طراح تلاش می کند که این افت ها حتی الامکان کوچک باشند. قانون کلی در مورد اتصالات این است که حتی الامکان تعییر جهت هوا تدریجا انجام شود و تبدیل ها حتی الامکان طولانی تر باشند.کاری کنید هوا تدریجا تغییر جهت دهد. حتی اگر کانال را با زاویه قائم بسازید نمی توانید هوا را مجبور کنید مطابق آن تغییر جهت دهد.

زانویی های گرد در کانال سازی

برای این که هوا حرکت ملایمی داشته باشد یک زانویی گرد باید شعاع گلویی به اندازه کافی بزرگ داشته باشد . کتاب های طراحی توصیه می کنند که شعاع متوسط زانویی حداقل 1.5 برابر پهنای زانویی باشد. این مثل آن است که بگوییم:

شعاع گلویی در کانال سازی باید برابر پهنای کانال باشد.

مثلا ، کانالی با پهنای 12 باید شعاع متوسط 18 داشته باشد.شعاع گلویی باید 12 باشد. به جز روی نقشه ها ، وقتی که یک زانویی مشخص می شود ، اندازه اول ، پهنای کانال است.

زانویی های قائم برای کانال سازی

برای داشتن کارایی زانویی های قاعم باید تیغه های تغییر جهت داشته باشند در نتیجه حرکت هوا روان تر می شود . تحقیقات نشان داده که تیغه های تک جداره کمترین افت دینامیک را دارند.

لبه های دوجداره در گذشته رایج بودند اما تحقیقات نشان داده که این تیغه ها کارایی خیلی کمتری از تیغه های تک جداره دارند. در کانال سازی لیه های ممتد روی تیغه ها اگر درست نصب شوند افت دینامیکی را بیشتر کاهش خواهند داد. با این وجود محققان استفاده از لبه های ممتد را توصیه نمی کنند.زیرا اغلب این لبه ها درست نصب نمی شوند. در نتیجه به جای کمتر کردن افت آن را افزایش می دهند.فقط در صورت موازی بودن لبه های ممتد با جداره کانال افت کاهش می یابد در غیر این صورت افت در کانال سازی افزایش پیدا می کند.

تبدیل ها در کانال سازی

تبدیل ها برای تغییر اندازه کانال طراحی می شوند. برای اینکه تغییر تدریجا انجام شود ، کناره های تبدیل باید نسبت به راستای مستقیم زاویه 30 یا کمتر داشته باشند.

انشعابات در کانال سازی

انشعابات به صورت زاویه دار یا با منحنی های ملایم ساخته می شوند. بهترین حالت طراحی آن ، مدل S شکل است. وقتی که طراحی توسط الگویی مناسب صورت گیرد، مسیر حرکت هوا انحنای ملایمی دارد و مساحت سطح مقطع مقئار مطلوب خود را دارا می باشد. این به معنای حداقل افت ممکن می باشد.

مهم است انشعابات S شکل حتی الامکان طولانی باشند. این منجر به تغییر تدریجی مسیر می گردد. راه معمول استفاده از ورق 36 اینچی است. بعضی اوقات این اندازه را طولانی تر هم در نظر می گیرند. توجه کنید که هرچه انشعاب کوتاه تر باشد، افت دینامیکی بیشتر خواهد بود.

انشعابات خیلی بزرگ اغلب با زانویی های 45 درجه یا 30 درجه که کانال مستقیمی بین آنها وجود دارد ساخته می شوند. زانویی های گرد باید از این شرایط تبعیت کنند: شعاع گلویی باید برابر پهنای کانال باشد.