Tuulitunnelin rakentaminen

[tommi]

Hiihaaa!!! Tänään pyörähti propelli käyntiin Castorin (lähes) valmiissa tuulitunnelissa. On se vaan hiano!!





Ja videokin löytyy!

[sampo]

Kävin nyt keväällä kokeellisen virtausmekaniikan kurssin, jossa käsiteltiin varsin perinpohjaisesti mm. tuulitunnelin suunnittelua. Kurssin luentokalvot löytyvät ainakin toistaiseksi kurssin kotisivulta. Siellä käydään mm. läpi miten tuulitunnelin virtausnopeutta pystyy laskemaan ennalta.

Se on kuitenkin nimenomaan luentokalvot, eikä siitä saa ihan kaikkea irti vain sitä lukemalla. Jos aiheeseen haluaa kunnolla tutustua, niin suosittelen lämpimästi kirjaa Low-speed wind tunnel testing, tekijöinä jokin yhdistelmä Barlow, Rae ja Pope. Kolmas painos (ISBN 0-471-55774-9) on tuulitunnelisuunnittelijoiden raamattu. Toinen painos sisältää miltei samat asiat, mutta ensimmäinen painos on joiltain osilta hieman vanhentunut. TKK:n kirjastosta löytyy muutama kappale kirjaa, mutta jostain syystä just nyt tuntuvat kovasti halutuilta. Ostettuna taas maksavat yli 100e. :P

[tommi]

Jeps, tässä voisi nyt listata muutamia näkökohtia tuosta tunnelin suunnittelusta ja rakentamisesta vaikka ihan siltä varalta, että joku saattaisi haluta tehdä oman tunnelin muuallakin kuin Tampereella tai Espoon suunnassa.

1. Tunneli vie yllättävän paljon tilaa pituusuunnassa. Esim. Castorin tuulitunnelin pituudeksi tullee käyttökunnossa arviolta jopa nelisen metriä. Tunnelin testisektion koko tuossa vehkeessä on 300x300mm ja puhaltimen suurin Ø500mm ja moottorin teho 750W. Kannattaa siis varata riittävästi tilaa, varsinkin jos suunnitteilla on vielä tuota suurempi laitos.

2. Rakenteesta kannattaa tehdä melko helposti muuteltava. Eli jo suunnitteluvaiheessa kannattaa ottaa huomioon se että muutoksia tulee tapahtumaan ja rakennetta tullaan purkamaan ja kasaamaan uudelleen. Itseasiassa tuossa Castorin tunnelissa on otettu huomioon sellainenkin mahdollisuus, että siitä voitaisiin tehdä "imevä" muunnos kääntämällä moottoripääty ympäri.

3. Ilmavirran tasoittelu kannattaa tehdä silloin kun virtaus on nopeudeltaan mahdollisimman pieni. Eli hunajakennot, kankaat ja verkot kannattaisi sijoittaa poikkileikkaukseltaan mahdollisimman suureen osuuteen, erityisesti kaikki ne rakenteet joiden virtausvastus on suuri.

4. Aksiaalipuhaltimelta tuleva pyörivä ilmavirta kannattaa suoristaa vastakkaissuuntaisella siivistöllä heti puhaltimen jälkeen. Kiinteän siivistön (staattori?) siipien määrä ei saa olla jaollinen puhaltimen siipien määrällä, vaan esim. puhaltimen siipien määrä ±1. Spinneri kannattaa tehdä tasoittamaan ilmavirran kulkua, hyvä materiaali voi olla esim. styrofoam.

5. Tulopuolella rakenne kannattaa tehdä sellaiseksi, että ilmavirta ei pääse "irtoamaan" seinämistä helposti. Eli siis kaikki kulmat pitäisi olla pyöristetty suurella pyöristyssäteellä (mielummin luokkaa 100mm tai yli) virtaussuunnassa. Jos virtaus irtoaa seurauksena on, että testisektion kohdalla kammion keskellä on suurempi virtausnopeus kuin laidoilla.

6. Testisektion rakenteen miettimiseen kannattaa käyttää vähän aikaa. Olisi hyvä jos se olisi täysin purettavissa melko helposti. Kannattaa myös miettiä mihin ja miten anturointi kiinnitetään. Testisektio olisi myös hyvä saada sopivalle työskentelykorkeudelle, esim. noin metri lattiasta.

7. Testisektion jälkeen kannattaa olla vielä erillinen laajennusosa, jossa avautumiskulma on suhteellisen pieni. Tässä on ideana että ilmavirran nopeus hidastetaan hallitusti, jolloin tunnelista ulkoilmaan virtaavan ilman aiheuttama vastus on selvästi pienempi.

Lisää näkökohtia tulee vielä esiin kun tunneliprojekti edistyy. Kiitokset monista hyvistä vinkeistä Sampolle ja muillekin! Ja kuten kuvista näkyy, Castorin tunneli ei nykymuodossaan ihan vastaa edes näitä ohjeita. Tekemistä siis vielä riittää. Niin ja kiitokset Vaconille ja TTY:n ylioppilaskunnalle projektin tukemisesta.

[tommi]

Löytyipä varsin mielenkiintoinen tietopaketti Irlantilaisesta tuulitunnelista. Siinä on paljon hyviä ideoita mm. siihen savunmuodostukseen, käykääpä kattomassa: http://gmitweb.gmit.ie/eng/energy/Docum ... esting.zip

Tuo on sitten zipattu .ppt

[sampo]

Pari tarkennusta Tommin varsin kattavaan listaan:

1. Tunneli vie yllättävän paljon tilaa pituusuunnassa.

Hyvin suuri osa tuosta tulee jälkidiffuusorista, jonka avautumiskulma ei saisi olla juuri enempää kuin 3 astetta kumpaankin suuntaan. Käytännössä Polluxin tunneliin ei tuollaista pysty tekemään, vaan jos siihen diffuusori tehdään, niin siinä tulee jotain n. 7 astetta molempiin suuntiin. Saa nähdä kuinka hyvin toimii.

4. Aksiaalipuhaltimelta tuleva pyörivä ilmavirta kannattaa suoristaa vastakkaissuuntaisella siivistöllä heti puhaltimen jälkeen. Kiinteän siivistön (staattori?) siipien määrä ei saa olla jaollinen puhaltimen siipien määrällä, vaan esim. puhaltimen siipien määrä ±1. Spinneri kannattaa tehdä tasoittamaan ilmavirran kulkua, hyvä materiaali voi olla esim. styrofoam.

Tarkemmin sanoen puhaltimen lapojen lukumäärällä ja suoristajan lapojen lukumäärällä ei saa olla yhteisiä tekijöitä. Jos esim. puhaltimessa on 6 lapaa, niin suoristimessa ei saa olla 4 tai 8 lapaa. Tämä sen vuoksi, ettei lavoista lähtevä häiriintynyt ilmavana osu useampaan kuin yhteen suoristajan lapaan yhtaikaisesti.

5. Tulopuolella rakenne kannattaa tehdä sellaiseksi, että ilmavirta ei pääse "irtoamaan" seinämistä helposti. Eli siis kaikki kulmat pitäisi olla pyöristetty suurella pyöristyssäteellä (mielummin luokkaa 100mm tai yli) virtaussuunnassa. Jos virtaus irtoaa seurauksena on, että testisektion kohdalla kammion keskellä on suurempi virtausnopeus kuin laidoilla.

Tuokin on vähän kaksipiippuinen juttu: pyöristyksen (koskee lähinnä kavennusta) pitäisi olla sellainen ettei rajakerros irtoa, mutta toisaalta jos se on liian loiva (ja näin ollen pitkä) niin rajakerros kasvaa paljon. Nimenomaan kehittynyt (paksu) rajakerros on sitä että virtaus on nopeampi keskellä kuin reunoilla. Virtauksen irtoaminen puolestaan aiheuttaa turbulenssia ja tehohäviöitä virtaukseen juuri ennen testisektiota. Optimaalisessa kavennuksessa virtaus melkein irtoaa, muttei ihan. Tällöin saadaan testisektioon tasainen virtaus mahdollisimman pienellä rajakerroksella.

Kavennuksen suunnitteluun on paljon erilaisia, osin ristiriitaisiakin, ohjeita. Ongelmana näissä on, että ne ovat kaikki suunniteltu suositellulle kontraktiosuhteelle (testisektion pinta-alan suhde rauhoituskammion pinta-alaan, suositus n. 6-9), kun Polluxin tunneliin saadaan vain n. 3 kontraktiosuhde.

7. Testisektion jälkeen kannattaa olla vielä erillinen laajennusosa, jossa avautumiskulma on suhteellisen pieni. Tässä on ideana että ilmavirran nopeus hidastetaan hallitusti, jolloin tunnelista ulkoilmaan virtaavan ilman aiheuttama vastus on selvästi pienempi.

Tarkemmin sanoen ulos virtaavan virtauksen painehäviö on pienempi. Hyvin suunnitellussa tuulitunnelissa ilman loppudiffuuseria voi ulosvirtauksen aiheuttama painehäviö olla kokonaishäviöstä hyvinkin luokkaa 70%. Jos diffuuserilla kaksinkertaistetaan ulosvirtauksen halkaisija, tippuu sen suhteellinen vastuskerroin tekijällä 16.

Kannattaa kuitenkin huomata, että pienempi painehäviö ei suoraan tarkoita vastaavaa kasvua virtausnopeudessa, vaan se riippuu puhaltimen vastapaine-tilavuusvirta -käyrästä. Tietyllä kokonaisvastuskertoimella K saadaan siihen toinen käyrä p=K*0.5*rho*U^2, ja virtausnopeus määräytyy näiden käyrien leikkauspisteestä.

Tarkempia ohjeita kannattaa lukea esim. kokeellisen virtausmekaniikan prujusta tai Barlown kirjasta Low-speed wind tunnel testing.

Kannattaa myös pitää mielessä, että nuo kaikki neuvot on tehty tieteelliseen/suunnittelukäyttöön suunniteltuja tuulitunneleita varten, joissa esim. nopeusjakaumassa saa olla vain n. 0.5% heilahteluja. Rakettitestailussa riittää vähän epätasaisempikin virtaus...

[Jyra]

Mistä saa hunajakennoa (alumiinistä tai jotain)?

[tommi]

Mistä saa hunajakennoa (alumiinistä tai jotain)?

Jos ilmanohjaimeksi meinaat niin sitten tuo alumiininen hunajakenno on varmaan paras valinta. Sitä näyttää toimittavan ainakin Apollo Materials Oy, Potma Oy ja KG Enterprise Oy (tukkumääriä varmaan toimittavat mieluiten, mutta kannattaa kysellä kuitenkin).

Meidän tunnelissa käytetty hunajakenno on peräisin roskalavalta, kuten moni muukin rakenneosa.

[Guest]

Alumiinisen hunajakennon silmä koot olivat 19,2mm,12,8 ja 6,4mm ja korkeus 5-300mm.Olisiko pienin silmä koko paras ja kuinka korkea (paksu) sen kannattaisi olla?

[sampo]

Alumiinisen hunajakennon silmä koot olivat 19,2mm,12,8 ja 6,4mm ja korkeus 5-300mm.Olisiko pienin silmä koko paras ja kuinka korkea (paksu) sen kannattaisi olla?

Tuulitunnelikirjassa neuvotaan nyrkkisäännöksi, että ilman tasaajassa saisi olla suuruusluokkaa 150 silmää kumpaankin suuntaan, eli esim. Polluxin kokoluokan tuulitunneliin tuo 6.4mm olisi juuri passeli (enkä kyllä alle 5mm silmäkokoa suosittelisi muutenkaan, alkaa vastus käydä hurjaksi). Paksuuden suhde silmäkokoon nähden suositellaan olevan n. 6-8. Näin ollen joku 6.4mm silmäkoko ja 4-5cm paksuus pitäisi olla suhteellisen hyvä pieniin tuulitunneleihin.

Mistäs olet noita kysellyt, ja paljonko tuollaiset maksavat? Polluxkin tarvitsisi palasen tuollaista piakkoin....

[Guest]

Mistäs olet noita kysellyt, ja paljonko tuollaiset maksavat? Polluxkin tarvitsisi palasen tuollaista piakkoin....

Lähtin sähköpostia Potma Oy:lle.(potma@potma.fi).Vastaus:

Tervehdys!
Kiitos kyselystänne koskien hunajakennojamme!

Kennojemme silmäkoot ovat 19,2 mm , 12,8 mm ja 6,4 mm.
Maksimi arkkikoot ovat 1500 x 3000 mm ( 19,2 ja 12,8 ) ja 1250 x 2500 ( 6,4
).
Kennoarkit voidaan leikata haluttuun korkeuteen väliltä 5 mm ... 300 mm.

Hinta muodostuu silmäkoon, arkin korkeuden ja arkkikoon perusteella.

Pienin toimituserä on 1 kpl blokeja. Se on meillä korkeusmittaan
leikkaamaton
raakakennoarkki, koosta riippuen n. 20...30 kg. Bloki ajetaan siis asiakkaan
haluamien mittojen mukaiseksi.

Kannattaa kysyä kuitenkin varastossa mahdollisesti olevia yksittäisarkkeja.

Ystävällisin terveisin

OY POTMA LTD

[Guest]

Minimi toimitus erä alumiinistä hunajakennoa on (Potma Oy:llä) 1250mmx2050mm ja sen hinta ilman alv. 111,26 euroa.

[sampo]

Väliaikatiedotus Polluxin osalta:

Päätylevyt johon flekti kiinnitetään sekä rauhoituskammio on nyt rakennettu (joskin pientä siistimistä vielä kaipaavat).



Ensi viikolla olisi tavoitteena saada sähköosat suurinpiirtein kuntoon, ja sen jälkeen päässee testaamaan millaista hönkää se flekti oikein pitää...

[tommi]

Hienoa että työ etenee! Lykkyä vaan rojektille ja laittakaa vaan heti kuvia, videoita ja 3D-animaatioita (?) kun saatte tuon pyörimään.

[tt]

Nyt on Polluxinkin tunneli koekäytetty.
"Kyllä lähtee" totesi taajuusmuuttaja kun virtaa flektille puski








Videopätkä koeajosta 3,9MB

Niin ja castorilaisille: vaikka saitte omanne ensin käyntiin niin kyllä teillä on säälittävän pieni

[sampo]

Vähän lisää kuvia Polluxin tunnelista: http://eddie.tky.hut.fi/~sampo/tunneli/blow/

Letkumanometrilla mitattuna täyskierroksilla virtausnopeus oli noin 20 m/s. Tätä saatetaan saada vielä vähän parannettua virtausohjaimilla (ja tukkimalla vuotoja), mutta toisaalta siihen tulee rauhoituskammion vastukset lisää.