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Optimization Study of Guide Vanes for the Intake Fan-Duct Connection Using CFD
Indexado
WoS WOS:000701851900001
Scopus SCOPUS_ID:85114361029
DOI 10.3390/PR9091555
Año 2021
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The connection between an intake fan and a ventilation shaft must be designed in such a way that it minimizes the energy waste due to singularity losses. As a result, the questions of which radius of curvature to use and if guide vanes have to be included need to be answered. In that case, the variables such as the number, upstream and downstream penetration length, radius of curvature, and width of the vanes, need to be defined. Although this work is oriented to mine ventilation, these questions are usually valid in other engineering applications as well. The objective of this study is to define the previously mentioned variables to determine the optimal design combination for the radius/diameter relationship (r/D). Computational fluid dynamics was used to determine the shock loss factor of seven elbow curvature ratios for a 3 m diameter duct and fan, with and without guide vanes to estimate the best performing configuration and, therefore, to maximize the fan airflow volume. The methodology used consisted of initially developing models in 2D geometries, to optimize the meshing and the CPU use, and studying separately the number of vanes, upstream and downstream penetration, radius of curvature, and width of the vanes for each curvature ratio (r/D). Then, the best-performing variable combinations for each curvature ratio were selected to be simulated and studied with the 3D geometries. The application of the guide vane designs for three-dimensional simulated geometries is presented, first without and then with guide vanes, including the shock loss factors obtained. The methodology and obtained results allowed quantifying the energy savings and to reduce the CFD simulations steps required to optimize the design of the elbow and guide vanes. The results obtained cannot be used with elbows in exhaust fans, because fluid dynamics phenomena are different.

Revista



Revista ISSN
Processes 2227-9717

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Disciplinas de Investigación



WOS
Engineering, Chemical
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 HURTADO-CRUZ, JUAN PABLO Hombre Universidad de Santiago de Chile - Chile
2 Villegas, Bryan Hombre Universidad de Santiago de Chile - Chile
3 Pérez, Sebastián Hombre Universidad de Santiago de Chile - Chile
4 ACUNA-DUHART, ENRIQUE IGNACIO Hombre Université Laurentienne - Canadá
Laurentian Univ - Canadá

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Financiamiento



Fuente
Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico
Universidad de Santiago de Chile
Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad de Santiago de Chile
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo
Agencia Nacional de Investigaci?n y Desarrollo
Departamento de Ingenier?a en Minas de la Universidad de Santiago de Chile
Departamento de Ingenieria en Minas de la Universidad de Santiago de Chile
Departamento de Investigaciones Científicas y Tec-nológicas
Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo, Chile - Departamento de Ingenieria en Minas de la Universidad de Santiago de Chile

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Agradecimientos



Agradecimiento
This research was funded by the Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Universidad de Santiago de Chile, Research Project number 051515HC executed at Universidad de Santiago de Chile and by the Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico IT17M100009 project from Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, Chile. The APC was funded by the Departamento de Ingeniería en Minas de la Universidad de Santiago de Chile.
Funding: This research was funded by the Departamento de Investigaciones Científicas y Tec-nológicas, Universidad de Santiago de Chile, Research Project number 051515HC executed at Uni-versidad de Santiago de Chile and by the Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico IT17M100009 project from Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, Chile. The APC was funded by the Departamento de Ingeniería en Minas de la Universidad de Santiago de Chile.
This research was funded by the Departamento de Investigaciones Cientificas y Tecnologicas, Universidad de Santiago de Chile, Research Project number 051515HC executed at Universidad de Santiago de Chile and by the Fondo de Fomento al Desarrollo Cientifico y Tecnologico IT17M100009 project from Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo, Chile. The APC was funded by the Departamento de Ingenieria en Minas de la Universidad de Santiago de Chile.

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