Quạt không cánh là một thiết bị độc đáo được thiết kế để tạo lực gió mà không sử dụng các cánh quạt truyền thống. Thay vào đó, quạt không cánh sử dụng một bề mặt Aerofoil đặc biệt để tạo ra luồng khí mạnh, giúp làm mát và cải thiện không khí trong môi trường. Một số quạt không cánh gió yếu, tuy nhiên cũng có nhiều mẫu có gió mạnh hơn.
Nghiên cứu này tập trung phân tích, thử nghiệm tìm ra lý do tại sao quạt không cánh gió yếu và các đề xuất tăng tốc độ gió của quạt. Ngoài ra, chúng tôi đề xuất cho bạn một số mẫu quạt có gió mạnh hơn, đáp ứng nhu cầu của bạn tốt hơn.
Mục lục
Tại sao quạt không cánh gió yếu và nguyên cứu từ các chuyên gia
Quạt được phân loại chủ yếu thành hai loại: quạt trục và quạt tán. Trong trường hợp của quạt trục, luồng chất lưu chạy song song với trục quay của bánh quạt. Quạt trục được sử dụng rộng rãi cho các hệ thống áp suất thấp như tháp làm mát, hầm gió và ứng dụng trong gia đình.
Vấn đề chính của quạt trục là tạo ra nhiều sự hỗn loạn và tiếng ồn do khoảng cách giữa đầu cánh và vỏ quạt. Các hình dạng cánh quạt đã được nghiên cứu trong ba điều kiện khác nhau, không uốn, uốn về phía trước và uốn về phía sau và hình dạng uốn về phía trước có tác động lớn về hiệu suất, hệ số áp suất cao hơn, giảm tiếng ồn và ít hỗn loạn so với các hình dạng khác.
Quạt tán đẩy luồng chất lưu chạy vuông góc với trục quay của bánh quạt. Nó thay đổi hướng dòng chất lưu thông thường 90 độ và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống HVAC vì có thể hoạt động trong phạm vi rộng.
Một nghiên cứu đã đề xuất để tìm hiểu tác động của góc bọc lớp lên hiệu suất và tiếng ồn của bánh quạt tán. Kết quả cho thấy mẫu bọc lớp tối ưu hóa giảm kích thước của xoáy và giảm thiểu phát ra âm thanh, trong khi các thông số hình học khác giữ nguyên.
Hiệu suất của quạt tán có thể được mở rộng hơn nữa bằng cách gắn các bề mặt mở rộng ở phía sau của bánh quạt tán. Kết quả cho thấy tỷ lệ dòng chảy, áp suất tổng, công suất trục và cường độ âm thanh tăng lên và hiệu suất giảm khi quạt tán hoạt động với bánh quạt tán mở rộng.
Cường độ âm thanh tối đa tăng từ 88,5 dB lên 92,5 dB khi bánh quạt tán gốc được thay thế bằng bánh quạt tán mở rộng tương ứng. Nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành bởi Yuan và cộng sự về hiệu suất của một tủ trưng bày đông lạnh có và không có cấu trúc không khí động học.
Họ báo cáo rằng việc bao gồm cấu trúc không khí động học tăng tốc độ dòng không khí ra do đó, nâng cao tính chất dòng chất lỏng và truyền nhiệt của tủ trưng bày đông lạnh. Quạt không cánh là một thiết bị tạo ra luồng không khí từ một vòng không khí động học mà không có cánh quạt bên ngoài.
Không khí được hút từ đáy một tháp trụ hình bằng bộ thổi không khí điện. Khí được thu thập ở đáy tháp và hướng vào vòng không khí động học và sau đó được đẩy ra qua một khe nhỏ đặt dưới cấu trúc không khí động học với vận tốc cao.
Ý tưởng về quạt không cánh hoặc nhân đôi không khí được giới thiệu vào năm 2009 bởi Dyson Ltd., một công ty công nghệ Anh và hiện nay, nó đang sản xuất quạt không cánh cho các thiết bị gia đình có đường kính không quá 300 mm.
Nhược điểm của quạt thông thường so với quạt không cánh là cánh quạt bên ngoài dễ nhìn thấy có thể nguy hiểm đối với trẻ em và thú cưng. Hành động cắt của lưỡi dao trong môi trường xung quanh gây ra tiếng ồn không dễ chịu cho người dùng, và hơn nữa, việc làm sạch và bảo trì các cánh quạt thông thường rườm rà hơn so với quạt không cánh.
Tuy nhiên, quạt không cánh sử dụng quạt nhỏ hơn đáng kể so với quạt thông thường để có cùng lượng khí đầu ra. Quạt này được sử dụng chủ yếu ở đáy tháp trụ hình, thu hút không khí từ môi trường và đẩy ra ngoài với vận tốc cao.
Không khí đi ra từ khe của quạt không cánh có xu hướng gắn kết với bề mặt cong và tạo ra một khu vực áp suất thấp xung quanh hình dạng khối không khí của quạt không cánh và hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Coanda.
Guoqi Li và cộng sự
Một nghiên cứu hai chiều đã được thực hiện bởi Guoqi Li và cộng sự và họ đã báo cáo về tác động của độ cong của cánh được sử dụng trong quạt không cánh. Năm độ cong dưới đáy của hình dạng không khí đã được phân tích số học.
Kết quả dự đoán theo số học cho một trong những quạt không cánh độ cong đã được xác nhận với các thử nghiệm thực nghiệm được thực hiện bằng cách xây dựng một nguyên mẫu tương tự. Được báo cáo rằng khi độ cong tăng, tốc độ trung bình tối đa, dòng chất lỏng và độ biến động của vận tốc cũng tăng gần vùng Coanda.
Khi độ cong được tăng lên trên một giá trị cực tiểu nhất định, một số vùng áp suất thấp cụ thể đã được hình thành và từ từ kết hợp lại thành một vùng áp suất thấp có kích thước lớn. Vùng áp suất thấp này đã tạo ra một khu vực có sự khác biệt áp suất lớn hơn và thu hút không khí tối đa từ môi trường xung quanh và do đó các tác giả đã báo cáo rằng độ cong của cánh ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất và hành vi dòng chất lỏng của quạt không cánh.
Jafari và cộng sự
Jafari và cộng sự đã nghiên cứu số hóa tác động của các thông số hình học lên hiệu suất của quạt không cánh. Họ đã phân tích hình dạng E473 trong các nghiên cứu số hóa của họ và phân tích cho các thông số hình học khác nhau như độ dày khe hở, góc khe hở, đường kính thủy lực, tỷ lệ khía cạnh và độ dày của mẫu không khí.
Họ báo cáo rằng độ dày khe hở của mẫu không khí là một trong những thông số ảnh hưởng nhất đến hiệu suất của quạt không cánh so với các thông số hình học khác. Đã báo cáo rằng khi độ dày khe hở ở đáy giảm từ 3 mm xuống còn 1 mm, lưu lượng không khí ở đầu ra tăng gần như từ 12,5 lần đến 25 lần so với đầu vào.
Jafari và cộng sự đã nghiên cứu số hóa tác động của hiệu suất không khí động và aero-acoustic trên quạt không cánh được kéo dài cho các ứng dụng công nghiệp. Họ đã phát triển một nguyên mẫu của quạt không cánh với đường kính thủy lực là 600 mm và hình dạng aerofoil Eppler 473 được sử dụng cho việc xác nhận các đặc điểm dòng chất lỏng không khí động và hình thái NACA 0012 cho việc xác nhận aero-acoustic.
Họ báo cáo rằng có sự tương quan rất tốt giữa kết quả dự đoán số học và kết quả thực nghiệm. Họ đề xuất rằng việc kéo dài quạt không cánh mang lại tính linh hoạt cao hơn trong việc tăng lưu lượng không khí, điều này làm cho nó rất phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp.
Hong và cộng sự
Hong và cộng sự đã nghiên cứu số hóa trường dòng ra của một quạt không cánh cho các số Reynolds khác nhau từ 28.200 đến 40.100 dựa trên lý thuyết phun chất lỏng nổi bật cơ bản.
Họ đã vẽ biểu đồ vận tốc trung bình theo thời gian và cường độ biến động trong cả hai hướng dòng ngang (y/d) và dọc (z/d) tại các vị trí trục (x/d) khác nhau bằng cách thay đổi số Reynolds đầu vào.
Họ đã báo cáo rằng các thông số này tăng lên khi số Reynolds đầu vào tăng. Họ đã phát hiện ra rằng lưu lượng dòng chảy bắt đầu hội tụ ở vị trí trục là 1,5d, có nghĩa là các đường dòng chảy thấp hơn có xu hướng di chuyển lên trên, và bằng hành động này, phần dưới của trường dòng bị kéo vào phần trên.
Sự pha trộn của phần dưới của trường dòng chảy với phần trên này được chấm dứt xung quanh vị trí trục là 3d. Do đó, sau vị trí trục 3d, trường dòng chảy hoạt động như một phun dòng đơn kinh điển và giá trị điểm vận tốc bắt đầu suy giảm.
Ngoài ra, đã ghi nhận một trường dòng chảy đối xứng theo trục với vận tốc trung bình theo thời gian và cường độ biến đổi trong không gian đã vượt qua vị trí trục 3,5d.
Các thử nghiệm khắc phục quạt không cánh có gió yếu từ các chuyên gia
Jafari và cộng sự
Jafari và cộng sự đã thực hiện một cuộc nghiên cứu số hóa về hiệu suất không khí động và aero-acoustic của quạt không cánh. Họ đã chọn aerofoil Eppler 473 làm tiết diện ngang của quạt không cánh với độ dày khe hở là 1,3 mm, đường kính thủy lực là 300 mm và độ dài đường chéo là 100 mm.
Họ đã thu được trường dòng ba chiều qua và trên quạt không cánh bằng cách giải các phương trình thích hợp như phương trình khối lượng, động lượng và mô hình dòng chảy của Shear Stress Transport (k-ω).
Họ có thể dự đoán các đặc tính aero-acoustic bằng cách giải phương trình nguồn tiếng ồn rộng rãi (BNS) cho điều kiện dòng chảy tĩnh và mô hình Ffowcs Williams và Hawkings cho điều kiện dòng chảy chuyển động.
Họ báo cáo rằng mô hình BNS hữu ích trong việc tìm ra nguồn tiếng ồn quạt không cánh và mô hình FW-H được sử dụng để tìm ra cường độ tiếng ồn được tạo ra cho các lưu lượng không khí khác nhau.
Họ báo cáo rằng khi lưu lượng không khí đầu vào tăng, lưu lượng không khí đầu ra cũng tăng và có một mối quan hệ tuyến tính giữa chúng, tỷ lệ phát thải của lưu lượng không khí đầu ra so với lưu lượng không khí đầu vào tăng lên đến 21.
Đã được báo cáo từ nghiên cứu của họ rằng khe hở đáy là nguồn chính cho việc tạo ra tiếng ồn và mức tiếng ồn tăng từ 40 dB lên 80 dB khi lưu lượng không khí đầu vào tăng từ 10 LPS lên 80 LPS tương ứng.
Chou và cộng sự
Chou và cộng sự đã tiến hành một cuộc nghiên cứu số hóa ba chiều về dòng chất lỏng nhiễu qua quạt không cánh. Họ đã chọn hai aerofoil khác nhau là tiết diện của quạt không cánh. Phần trên của aerofoil là Eppler 473 và phần dưới là NACA 4412.
Đã được báo cáo rằng tỷ lệ phát thải tăng lên khi số Reynolds đầu vào tăng. Họ báo cáo rằng tăng đường kính thủy lực của quạt không cánh tăng lưu lượng không khí đầu ra.
Họ đã chứng thực rằng lưu lượng không khí đầu vào và bán kính của quạt không cánh có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của quạt không cánh trong khi các thông số khác không ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng không khí đầu ra.
Olabi và cộng sự
Olabi và cộng sự đã tiến hành một cuộc nghiên cứu số hóa ba chiều về hiệu ứng hình học kết hợp với Nano fluid trên cải thiện dòng chất lỏng và truyền nhiệt. Họ báo cáo rằng việc tăng diện tích bề mặt giữa hai chất lỏng tăng cường tính chất dòng chất lỏng và truyền nhiệt của kênh chất lỏng.
Để xuất các mẫu quạt không cánh gió mạnh
Qua rất nhiều lần thử nghiệm các mẫu quạt không cánh. Bạn có thể tìm đọc bài viết tôi đã tìm ra quạt không cánh tốt như thế nào. Tôi đề xuất cho bạn các mẫu quạt sau đây Midea AMS150-C, Midea AMS150-CJ, Midea AMS150E-TM, Midea AMS150E-PB.
Nếu bạn cảm thấy chưa đáp ứng được nhu cầu của mình thì có lẽ bạn nên mua một chiếc quạt điện có cánh truyền thống, hoặc một chiếc quạt tháp sẽ tốt hơn cho bạn.
Tạm kết
Trong bài viết này, các chuyên gia đã nghiên cứu về hiệu suất và tính chất không khí động của quạt không cánh. Các nghiên cứu số hóa đã được tiến hành để tìm hiểu sự ảnh hưởng của hình dạng hình học và góc xả của quạt không cánh đối với hiệu suất và dòng chảy của nó.
Các kết quả từ các nghiên cứu đã cho thấy rằng, quạt không cánh có thể cải thiện hiệu suất bằng cách tăng lưu lượng không khí đầu ra, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, việc tăng diện tích bề mặt giữa hai chất lỏng có thể tăng cường tính chất dòng chất lỏng và truyền nhiệt của kênh chất lỏng.
Điều quan trọng cần lưu ý là quạt không cánh được thiết kế dựa trên các thông số hình học như độ dày khe hở, đường kính thủy lực và độ dài đường chéo. Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tính chất không khí động của quạt không cánh.
Nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng việc sử dụng mô hình số hóa cho các nghiên cứu hiệu suất quạt không cánh là một phương pháp hiệu quả và tiết kiệm thời gian.
Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế và hiệu ứng của các thông số hình học khác nhau đối với hiệu suất của quạt không cánh. Việc tối ưu hóa thiết kế của quạt không cánh có thể mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng thực tế.
