​Het optimaal verdelen van uw stromingen: realistisch of illusie?

Expertartikelen | 1358 keer bekeken
​Het optimaal verdelen van uw stromingen: realistisch of illusie?

Het is niet altijd mogelijk om voor elk proces of productiemethode een ideale wereld te maken waarbij elk product een identieke behandeling krijgt. Maar door slim om te gaan met de mogelijkheden kan een hoop worden geoptimaliseerd en daarmee veel productuitval worden voorkomen. In dit artikel het begrijpen van herkenbare situaties, optimalisatie met stromingsleer, en de vraag hoe belangrijk uniformiteit is.

De situatie: voorbeeld kuiken

In de industrie zie je bij veel processen en machines dat men probeert de stroming voor elk product zo identiek mogelijk te maken. Zowel voor temperatuur, vochtigheid, concentraties en/of snelheid stromingen. Omdat de stromingen vaak identiek moeten zijn voor zeer grote aantallen producten is het ondoenlijk elk individueel product een eigen aparte behandeling te geven. Je kunt bijvoorbeeld moeilijk op elke kuiken een blower zetten. Al is het alleen al dat de kuiken niet zal blijven zitten. In het geval van de kuiken wordt er gebruik gemaakt van een discrete eenheid die ergens in het proces wordt geplaatst. Via deze eenheid wordt de lucht of vloeistof het systeem in geblazen, hopende dat de stroming of warmte zo egaal mogelijk wordt verdeeld. In principe gaat men bij het gebruik van een pomp of blower van een 1 dimensionaal apparaat naar een 2 dimensionaal, plat vlak, of zelfs 3 dimensionale omgeving, volledige ruimte.

Omdat het onmogelijk is elk product een eigen behandeling te geven wordt vaak getracht de stroming optimaal te verdelen.

kip.jpg

Figuur 1 : Kippenstal met enkele losse ventilatoren

Optimaal verdelen

Het optimaal verdelen is natuurlijk een ideale situatie maar in werkelijkheid is dit extreem moeilijk te realiseren. Het probleem van deze situatie is goed uit te leggen met het voorbeeld van een ballon in een jet.
Je moet je voorstellen dat je met een jet probeert een ballon in een ruimte te verplaatsen. Zolang je de jet voor die ene ballon kan gebruiken lukt het je wel de ballon te sturen in de gewenste richting. Wanneer er nu twee ballonnen moeten worden gestuurd dan zal de ene jet niet voldoende zijn. Laat staan dat een hele ruimte gevuld is met ballonnen.

Ovens met in de hoek een bruiner product

Het principe van de ballon kom je veelvuldig tegen. Ovens waar in de ene hoek het product bruiner is dan de andere hoek, een droogproces dat toch niet zo egaal verloopt als bedacht, links is anders dan rechts etc etc. Bij mixers (figuur 2 ) speelt dit weer een stuk minder omdat het product zelf ook beweegt. Hoewel het product dus gedurende zijn procescyclus meerdere stadia van stromingen tegenkomt is de stroming voor elk product wel identiek.

mixer.png

Figuur 2 : Mixers

Dimensie sprong optimaliseren

In de industrie zijn door de jaren heen varianten bedacht om de dimensie sprong te optimaliseren.

Verspreiden
Bijvoorbeeld verdeelplaten die met heel veel kleine gaatjes ervoor kunnen zorgen dat de stroming zich meer gaat verspreiden.

Verdelen
Manifolds kunnen een stroming over meerdere compartimenten verdelen door het kanaalwerk bijvoorbeeld te verjongen

Variëren
Ook kan gevarieerd worden met de afmetingen van de openingen door middel van kleppen.

Al deze oplossingen gaan echter over het algemeen gepaard met drukverlies. Daarbij kost het voorbeeld met de stroming door de plaat met kleine gaatjes extra energie, de stroming door de kleine gaatjes gaat namelijk niet vanzelf..

deur.jpg

Figuur 3: Verjongd kanaal blaast over de gehele lengte lucht uniform uit

Hoe belangrijk is uniformiteit?

Gelukkig is het zo dat het de uniformiteit van een stroming niet altijd zo nauw luistert. Wanneer dit wel het geval is, bijvoorbeeld bij een klimaatkamer of zoals in het voorbeeld hiervoor (figuur 3), dan moeten er speciale maatregelen worden getroffen. Voor deze situatie zou een subtiele oplossing zijn een 2D stroming vanuit een 1D buisstroming te creëren, een voorbeeld van zo'n stroming is te zien in figuur 3. Het kanaal bevindt rechts bij de ingang (op de foto links voor) en loopt verjongd vanaf de vloer in verticale richting. De blower bevindt zich onder de vloer en blaast lucht door de opening in de vloer het kanaal in. Doordat het kanaal zich op unieke wijze verjongt is het gelukt om de stroming over de gehele lengte uniform te houden zonder dat dit veel druk kost. De uitblaas opening aan de zijkant kunnen dan ook relatief groot zijn. Door de uniforme stroming, die richting de draai-as blaast, kan met deze opstelling de koude lucht die van buiten komt worden tegengehouden.

Optimalisatie met stromingsleer kan dus productie uitval voorkomen met behulp van de eerder gegeven voorbeelden. Het is alleen de vraag hoe nauw de uniformiteit van een stroming luistert. Om antwoord te geven op de vraag van dit artikel: realistisch blijven over de optimalisatie van uw stromingen voorkomt illusies.

Tot slot een testje: weet u het antwoord?

In figuur 4 is een zogenaamde lans weergegeven. De lans bestaat uit een hoofdkanaal die aan het uiteinde is afgesloten (rechts in het figuur). De lucht stroomt links het kanaal binnen en verlaat het kanaal via een 10-tal openingen. De vraag is nu: uit welke opening komt de meeste lucht?, uit gat 1 of uit gat 10? De afmetingen van het kanaal zijn HxB 170mmx70mm en de ronde kanalen hebben een diameter van 50mm. De hoogte van de kanalen is 120mm.

af 4.png

Figuur 4: schematische weergave van de lans


Laat jullie antwoord weten via een reactie en vermeld ook de achterliggende gedachte waarom juist dit gat is gekozen.In het volgende artikel zal ik het goede antwoord gegeven met behulp van een korte uitleg over deze stromingen aan de hand van onder andere een CFD simulatie. Succes!

Aanmelden nieuwsbrief

Op de hoogte blijven van het laatste nieuws, producten en aanbiedingen? Schrijf je in voor de nieuwsbrief

Deel dit artikel

Reacties (4)

Reageren
  • Randy de Bijl
    04.08.2015 - 19:06 uur | Randy de Bijl

    TIP(voor bedrijven) leuk voor leerlingen... probeer je constructie in het klein te bouwen en gebruik in plaats van (onzichtbare lucht) een aquarium! met een zandbodem! plaats je werkstuk in het aquarium en gebruik en pomp als ventilator woel tijdens je test een klein beetje in het zand bij de pomp en je zult versteld staan van hetgeen je ziet! het mooist is natuurlijk om je werkstuk transparant te maken d.m.v. plexiglas ofzo
    het water heeft als voordeel dat het veel langzamer reageert... je kunt dus alle wervelingen mooi zien!

  • Randy de Bijl
    04.08.2015 - 18:05 uur | Randy de Bijl

    als simpele monteur denkend aan de venturi ventielen en de rest op zn jan boerenfluitjes en boeren verstand volgt mijn redenatie. de totale oppervlakte van alle ronde buizen is groter als die van het kanaal zelf! 2 mogelijkheden!
    1- wanneer er (te) weinig stroming (druk) in het hoofdkanaal aanwezig is zal idd bij gat 1 meer lucht uitstromen dit komt dan doordat bij gat 1 op dat moment (voornamelijk tijdens het opstarten van een ventilator) de minste weerstand is omdat de lucht anders de al aanwezige lucht door nog meer hoeken moet zien te wurmen (ff simpel uitgelegd) maar wanneer men de stromingssnelheid gaat verhogen zal er een heel ander effect optreden waardoor dat de lucht die al snelheid heeft graag rechtdoor wil en dus achteraan de druk verhoogd dor het drukkende effect en dus uit openening 10 meer lucht zal komen! gezien het feit dat opening 10 helemaal aan het eind van het kanaal zit zal waarschijnlijk door gat 9 of misschien 8 zelfs nog meer lucht stromen door de extra wervelingen aan het eind van het kanaal....
    in extreme gevallen zal er zelfs lucht door gat 1 naar binnen gezogen kunnen worden.

    graag hoor ik van iemand of ik ergens in de buurt kom met mijn jan boeren fluitjes beredenatie..

    groetjes Randy

  • 26.06.2015 - 12:08 uur | Eric Terry

    Leuk artikel Christian! Ik zie dat het al relatief oud is, maar lees het nu pas. Groeten!

  • stephan kort
    30.03.2015 - 10:33 uur | stephan kort

    bij gat 1 zal meer lucht uitstromen omdat er na deze openingen richting gat 10 steeds iets drukverlies optreed,zodoende krijgt opening 10 iets minder voordruk en zal dus minder lucht doen uitstromen