Analiza strat ciśnienia — agregat prądotwórczy.

Znaczenie agregatów prądotwórczych

W data center, Agregaty prądotwórcze są ostatnią linią obrony przy awarii zasilania podstawowego. Ich prawidłowa praca gwarantuje ciągłość działania nawet przy zaniku zasilania.

Pracę tych agregatów może jednak pogorszyć kilka czynników, w szczególności straty ciśnienia w pomieszczeniach, w których je zainstalowano. Pogłębiona analiza ma więc znaczenie pierwszorzędne dla zapewnienia dostępności i niezawodności agregatów, a przez to całego data center.

Jak opisać straty ciśnienia

Energię objętości powietrza wyraża się jako sumę ciśnień, tworzącą ciśnienie całkowite:

• 1

  Ciśnienie od ciężaru słupa powietrza: ρgh.

• 2

  Ciśnienie dynamiczne związane z prędkością powietrza: ρv²/2.

• 3

  Ciśnienie statyczne związane z ciśnieniem wewnętrznym powietrza: P.

Strata ciśnienia elementu to różnica ciśnień całkowitych na jego wlocie i wylocie. Wynika z oporów, jakie powietrze napotyka w elementach instalacji (kanały, kolana, przepustnice, kraty…). Na agregatach prądotwórczych tłumiki akustyczne zamontowane przed nimi i za nimi ograniczają hałas, ale powodują znaczne dodatkowe straty ciśnienia.

Dlaczego wykonać analizę CFD?

Analizy CFD strat ciśnienia pozwalają na szczegółowe modelowanie numeryczne przepływów i dają kluczowe informacje o strefach straty ciśnienia, turbulencji i stagnacji. Pozwalają wskazać słabe punkty, zoptymalizować projekt i przewidzieć skutek zmian przed ich wykonaniem w rzeczywistości, co czyni tę metodę oszczędną.

Skąd biorą się straty ciśnienia?

Większość strat ciśnienia w przewodach wyciągowych agregatów prądotwórczych to straty miejscowe, wywołane nagłymi zmianami geometrii (kolana, zwężenia, rozszerzenia):

• A

  Powstawanie wirów i stref turbulencji  — nagłe zmiany zaburzają przepływ i powodują straty energii.

• B

  Przyspieszanie i zwalnianie przepływu  — przejście między przekrojami szerokimi i wąskimi zamienia energię kinetyczną w ciśnienie.

• C

  Tarcie o ścianki  — nierówności powierzchni zwiększają opór przepływu.

Straty te można ograniczyć przez właściwe rozwiązanie kanałów: gładkie połączenia i łagodne przejścia między przekrojami.

Symulacja numeryczna strat ciśnienia

Model 3D pomieszczenia technicznego powstał na podstawie rysunków i modelu 3D procesu: agregaty prądotwórcze, tłumiki akustyczne, kominy, kanały i plena odwzorowano wiernie, z zachowaniem ich rzeczywistego położenia.

Prędkości i ciśnienia uzyskane z symulacji poddaje się analizie, aby obliczyć straty ciśnienia każdego pomieszczenia, oceniając zmiany, jakim podlega ciśnienie całkowite wzdłuż drogi powietrza.

Wpływ tłumików akustycznych

Tłumiki akustyczne znacznie obniżają poziom decybeli na wylocie kanału. Przepływ powietrza przez te urządzenia zwiększa jednak straty ciśnienia (zawężenie, nagłe zmiany kierunku, turbulencja). Trzeba więc znaleźć właściwą równowagę między tłumieniem hałasu a ograniczeniem strat ciśnienia.

Optymalizacja kanałów agregatów w celu ograniczenia strat

Układ pomieszczeń powodował nadmierne straty ciśnienia. Zmieniono go, aby zmniejszyć opór przepływu, w tym przy tłumikach akustycznych i przy kanale wyrzutowym. Kierownice zamontowano, aby złagodzić zmiany kierunku.

Dzięki tym zmianom straty ciśnienia zmniejszono o ponad 50 %. Ograniczenie to zapewnia sprawną pracę agregatów i pozwala uzyskać wyższe prędkości powietrza na wylocie kanału, co ogranicza zjawiska obiegu zamkniętego z chłodnicami powietrznymi na dachu.