W artykule przedstawiono proces ostatniej modyfikacji wywietrznika grawitacyjnego Zefir-150 firmy Uniwersal. Model ten powstał kilkanaście lat temu i zaistniała konieczność poprawienia jego efektywności. Ograniczeniem w projekcie były gabaryty produktu, które nie mogły ulec zmianie. Modyfikacji uległ kształt żaluzji, tak aby poprawić poziom podciśnień wytwarzanych w strudze powietrza zewnętrznego.

Projektanci urządzeń wentylacyjnych stale poszukują nowych rozwiązań, które wdrożone w nowy produkt lub w produkt już istniejący (będący na etapie modyfikacji), pozwolą poprawić jego jakość i zwiększyć efektywność działania. Do niedawna procesy te wymagały wielu prób, badań prototypowych, kolejnych zmian i  montowania kosztownych stanowisk pomiarowych. Efekt końcowy był często kompromisem, ponieważ względy ekonomiczne nakazują jak najszybciej wprowadzić rozwiązanie na rynek. Obecnie konstruktorzy są wyposażeni w zaawansowane oprogramowanie inżynierskie, możliwości wydruku w technice 3D czy wirtualne symulatory produktu. Tego rodzaju narzędzia posłużyły także do modyfikacji wywietrznika Zefir-150.

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

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

Proces konstrukcyjny

Jak wspomniano we wstępie, ze względu na konieczność zachowania gabarytów urządzenia (wysokość, średnica zewnętrzna), skoncentrowano się na przemodelowaniu elementów odpowiedzialnych za kierowanie strugi powietrza. Po kilku próbach projektowych powstała nowa, wypukła żaluzja, zastosowana w miejsce wklęsłej. Tak zmodyfikowany wywietrznik poddano badaniom modelowym.

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

Badania symulacyjne
Na rysunku 1 przedstawiono schemat pomiarowy, gdzie widać, że badane urządzenie sprawdzano 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 rysunki 2-7, a wyniki wartości podciśnień zapisano w tabeli 1. Z tego zestawienia widać, że efektywność wywietrznika jest największa przy poziomej strudze wiatru, ale w  każdym przypadku, przy różnych kątach jego padania, występują podciśnienia, co jest istotne dla poprawnej pracy wywietrznika zamontowanego na realnym obiekcie. Wywietrznik o takich cechach minimalizuje cofanie się powietrza do kanału z zewnątrz, co jest zwykle główną bolączka wentylacji naturalnej w budynkach.
Aby ustalić, czy zaszła zmiana współ­czyn­nika oporu miejscowego ξ, również wykorzystano program symulacyjny. Rysunek 9 przedstawia przykładowy profil prędkości i wartości ciśnień w przestrzeni wywietrznika, w wariancie, gdy przepływa przez niego powietrze.
Wyniki zebrano w tabeli 2. Obliczony na bazie tych wartości współczynnik ξ wynosi 0,83. Jest to kilkakrotnie mniej niż przed modyfikacją żaluzji, tym samym w pełni zrealizowany został postawiony na wstępie cel projektowy.

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

Rys. 8. Produkt finalny, po modyfikacji

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

Badania w tunelu aerodynamicznym
Kolejnym krokiem było sprawdzenie wyników w realnych warunkach pomiarowych, na prototypie. Już pierwsze testy w  tunelu aerodynamicznym pokazały zbież­ność wyników z badaniami symulacyjnymi. Porównawczo testy przeprowadzono także dla poprzedniej, wklęsłej wersji żaluzji wywietrznika Zefir-150, a wyniki zestawiono w postaci wykresu. Na wizualizacji widać wyraźnie lepsze parametry wywietrznika z żaluzją wypukłą. Efekty­w­ność tego rozwiązania oraz niższy współ­czynnik oporu miejscowego ξ daje efekt podciśnienia przy wyższych wydajnościach przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych.

Krzysztof Nowak
Autor jest dyrektorem technicznym
w firmie Uniwersal