معيار الديناميكا الهوائية لتصميم رذاذ مضاد للانحباس في أجهزة الرذاذ المحمولة باليد من شركة شنتشن هويتشيزين للتكنولوجيا الذكية المحدودة؛ خبير في الديناميكا الهوائية

خلاصة:
يجب أن توفر أجهزة رش الرذاذ المحمولة رذاذًا مائيًا فعالًا مع تجنب دخول الرذاذ إلى مدخل المروحة. تقترح هذه الورقة معيارًا للتصميم الديناميكي الهوائي: يجب أن يكون الضغط الديناميكي لرذاذ الماء أكبر من أو يساوي ضغط السحب الساكن للمروحة عند موضع الفوهة، مع هامش أمان مناسب. بناءً على هذا المبدأ، تم تقدير سرعة رذاذ الماء المطلوبة وضغط إمداد الماء المقابل لتكوينات المراوح المحمولة النموذجية. يُظهر التحليل أن خطر دخول الرذاذ لا يعتمد فقط على سرعة الرذاذ، بل يعتمد أيضًا على موضع الفوهة، وحجم القطرات، ونوع المروحة، وبنية التدفق المحلية. بالنسبة للمراوح المحورية الصغيرة عالية السرعة، قد تكون هناك حاجة إلى سرعة رذاذ تتراوح بين 16 و32 مترًا في الثانية تقريبًا في ظل ظروف مختلفة لقرب المدخل. بالنسبة للتطبيقات الهندسية العامة، يُوصى بتجنب المحاذاة المباشرة مع مدخل المروحة، وزيادة المسافة بين الفوهة والمدخل، واختيار أحجام قطرات معتدلة، والحفاظ على زخم رذاذ كافٍ لتحسين أداء توصيل الرذاذ.

1. مقدمة

تُستخدم مراوح الرش اليدوية على نطاق واسع للتبريد الشخصي والترطيب وتوزيع الرذاذ المحمول. في التصاميم التقليدية، تُولّد مروحة صغيرة تدفقًا للهواء بينما تُطلق فوهة الرذاذ قطرات الماء في الهواء المحيط. من الأعطال الشائعة سحب الرذاذ الدقيق إلى مدخل المروحة نتيجةً للضغط السلبي الموضعي، مما يُقلل من كمية الرذاذ المُنتج، ويُسبب ترطيبًا داخليًا، وزيادة في الضوضاء، ومشاكل محتملة في الموثوقية.

تعتمد العديد من التصاميم الحالية بشكل أساسي على التعديل التجريبي لضغط المضخة أو موضع الفوهة. ومع ذلك، فإن سحب الرذاذ هو في جوهره مشكلة تفاعل ديناميكي هوائي بين نفث الرذاذ ومجال التدفق الناتج عن المروحة. لذلك، يمكن لمعيار كمي بسيط أن يساعد في توجيه تطوير المنتج في مراحله المبكرة.

تركز هذه الدراسة على أجهزة الرش المحمولة المزودة بمراوح محورية صغيرة عالية السرعة. والهدف الرئيسي هو وضع قاعدة تصميم عملية تربط بين ضغط سحب المروحة، والضغط الديناميكي لرذاذ الماء، وسرعة الرذاذ المطلوبة، وضغط إمداد الماء.

2. تعريف المشكلة والافتراضات

يستند التحليل إلى الافتراضات التالية:

• يتم تمثيل تأثير سحب المروحة بانخفاض الضغط الساكن المحلي، أو الضغط السلبي، بالقرب من مدخل المروحة.
• يتم توليد الرذاذ بواسطة فوهة رذاذ الماء التي تعمل في ظل ظروف الهواء المحيط.
• يتم وضع الفوهة بالقرب من مدخل المروحة، مع توجيه اتجاه الرش نحو المروحة أو موازياً لها أو بشكل مائل نحوها.
• يتمثل الهدف الأساسي للتصميم في منع قطرات الرذاذ من الدخول إلى مدخل المروحة.
• تُعتبر كثافة الهواء كما يلي:
  [ρ ≈ 1.2 كجم/م³]. ]

تُعرَّف المتغيرات الرئيسية على النحو التالي:

3. معيار التصميم الديناميكي الهوائي

لمنع دخول الرذاذ إلى المروحة، يجب أن يمتلك رذاذ الماء زخمًا كافيًا لمقاومة تيار السحب الموضعي. ويمكن التعبير عن هذا المعيار المبسط كما يلي:

[ P_d \geq k \cdot P_{fan} ]

حيث يُعطى الضغط الديناميكي لرذاذ الماء بالمعادلة التالية:

[ P_d = \frac{1}{2}\rho v^2 ]

يُراعي عامل الأمان (k) اضطراب الحواف، وعدم انتظام تدفق المدخل، وتوزيع حجم القطرات، والتقلبات العابرة في تشغيل المروحة. بالنسبة لمراوح الرذاذ المحمولة باليد، يتراوح النطاق النموذجي كما يلي:

[ k = 1.5 \sim 2.0 ]

يوصى بزيادة عامل الأمان عندما:

• الفوهة قريبة جداً من مدخل المروحة؛
• حجم القطرة صغير جداً؛
• تُنتج المروحة قوة شفط محلية قوية؛
• مجال التدفق الداخل مضطرب للغاية.

انطلاقاً من متطلبات الضغط الديناميكي، يمكن تقدير الحد الأدنى لسرعة النفث المطلوبة على النحو التالي:

[ v = \sqrt{\frac{2 k P_{fan}}{\rho}} ]

تشير هذه السرعة إلى سرعة تدفق رذاذ الهواء عند مخرج الفوهة، وليس إلى ضغط مضخة الماء. ويُعدّ الخلط بين سرعة التدفق وضغط إمداد الماء خطأً شائعاً في التصميم.

4. تقدير ضغط سحب المروحة

بالنسبة لمروحة محورية صغيرة عالية السرعة تعمل بسرعة تقارب 16000 دورة في الدقيقة، يختلف الضغط السلبي الموضعي بالقرب من المدخل اختلافًا كبيرًا باختلاف المسافة. القيم المرجعية النموذجية هي:

• قريب جداً من المدخل:
  (P_{fan} \approx 250 \sim 350 \ \mathrm{Pa})
• على مسافة 1-2 سم من المدخل:
  (P_{fan} \approx 80 \sim 150 \ \mathrm{Pa})

هذه القيم تقريبية وتعتمد على شكل المروحة وسرعة دورانها وهيكلها وظروف التشغيل. يجب التحقق منها من خلال القياسات التجريبية أثناء تطوير المنتج الفعلي.

5. سرعة نفث الرش المطلوبة

باستخدام (k = 2.0) و (\rho = 1.2 \ \mathrm{kg/m^3})، يتم تلخيص سرعات النفاث المطلوبة في ظل ظروف نموذجية أدناه.

تشير هذه النتائج إلى أن خطر دخول الرذاذ يزداد بشكل حاد عند وضع الفوهة بجوار مدخل المروحة مباشرةً. حتى زيادة طفيفة في المسافة يمكن أن تقلل بشكل كبير من سرعة النفث المطلوبة.

6. العلاقة بين سرعة تدفق المياه وضغط إمداد المياه

بالنسبة للفوهات التقليدية ذات الرذاذ الدقيق، يمكن تقدير العلاقة بين سرعة النفث وضغط إمداد المياه تقريبًا على النحو التالي:

• سرعة النفث 15-25 م/ث:
  ضغط الماء حوالي 0.4-0.8 ميجا باسكال (4-8 بار)
• سرعة النفث أعلى من 30 م/ث:
  ضغط الماء حوالي 0.9-1.2 ميجا باسكال (9-12 بار)

هذه التقديرات تقريبية وتعتمد على نوع الفوهة، وقطر الفتحة، ومعامل التدفق، وخصائص السائل، وآلية التذرية. لذا، ينبغي التعامل معها كمرجع تصميمي أولي وليست قيماً دقيقة.

7. اعتبارات التصميم العملية

7.1 تأثير حجم القطرة

تتميز القطرات الدقيقة جدًا، وخاصة تلك التي يقل حجمها عن 10 ميكرومتر، بقصور ذاتي منخفض، مما يجعلها تتأثر بسهولة بتدفق الهواء المحيط. حتى عندما يكون لرذاذ الماء الرئيسي زخم كافٍ، قد يظل الرذاذ الدقيق عند حافة الرذاذ عالقًا بفعل الدوامات المحلية القريبة من مدخل المروحة. لذلك، قد لا يؤدي مجرد زيادة ضغط الماء إلى حل مشكلة العلق بشكل كامل.

بالنسبة لأجهزة الرذاذ المحمولة باليد، قد يوفر نطاق حجم القطرات الذي يتراوح بين 20 و40 ميكرومتر توازنًا أفضل بين وضوح الرذاذ وتأثير التبريد وأداء منع التداخل.

7.2 موضع الفوهة وزاوية الرش

يؤثر موضع الفوهة بشكل كبير على سلوك سحب الهواء. ويُشكل توجيهها مباشرةً نحو مدخل المروحة أعلى نسبة خطر. أما الترتيب الأكثر فعالية فهو:

• تجنب محاذاة الفوهة مباشرة مع مركز المدخل؛
• اعتمد اتجاه رش مائل؛
• حافظ على مسافة فصل لا تقل عن 15 مم بين الفوهة ومدخل المروحة عندما تسمح القيود الهيكلية بذلك.

7.3 تأثير نوع المعجب

تُولّد المراوح الطاردة المركزية أو التوربينية عادةً ضغطًا ثابتًا أعلى من المراوح المحورية الصغيرة عند سرعات دوران مماثلة. في حال استخدام مروحة ذات ضغط ثابت عالٍ، قد يكون السحب الموضعي بالقرب من المدخل أقوى، وبالتالي تزداد سرعة رذاذ الماء المطلوبة.

8. التوصيات الهندسية

بالنسبة لأجهزة الرذاذ المحمولة عالية السرعة، يوصى باتباع استراتيجيات التصميم التالية:

التكوين المفضل
ضع الفوهة بشكل مائل بالنسبة لمدخل المروحة، مع الحفاظ على مسافة لا تقل عن 15 مم، وشغّل نظام الرذاذ بضغط يتراوح بين 5 و7 بار تقريبًا. يوفر هذا الوضع عادةً توزيعًا مستقرًا للرذاذ مع تقليل خطر دخول الهواء.

تصميم صغير الحجم بمساحة محدودة
إذا كان لا بد من وضع الفوهة بالقرب من المدخل، فيجب زيادة ضغط إمداد الماء إلى 10 بار على الأقل، وزيادة حجم القطرات بشكل معتدل إلى حوالي 20-40 ميكرومتر. لا يُنصح باستخدام رذاذ جاف فائق النعومة في هذه الحالة.

تكوين منخفض الأداء أو حساس للتكلفة
إذا كان سحب الرذاذ الطفيف مقبولاً، فقد يكون ضغط إمداد المياه من 3 إلى 4 بار كافياً للتشغيل الأساسي، على الرغم من أن استقرار إخراج الرذاذ قد ينخفض.

9. الخاتمة

تقترح هذه الدراسة معيارًا ديناميكيًا هوائيًا بسيطًا لتصميم مراوح الرش: يجب أن يتجاوز الضغط الديناميكي لنفث الرذاذ الضغط الساكن لسحب المروحة الموضعي بهامش أمان مناسب. بالنسبة للمراوح المحورية الصغيرة عالية السرعة، قد تتراوح سرعة النفث المطلوبة من 16 م/ث إلى 32 م/ث تقريبًا، اعتمادًا على موضع الفوهة وشدة سحب المدخل. تتراوح ضغوط إمداد المياه المقابلة عادةً بين 3 و12 بار، وذلك تبعًا لخصائص الفوهة وتصميم النظام.

تُعدّ الطريقة المقترحة مناسبةً للتصميم المفاهيمي الأولي والتقدير الهندسي. وللتحقق من صحة المنتج النهائي، لا يزال من الضروري إجراء قياسات تجريبية لتوزيع ضغط مدخل المروحة، وحجم القطرات، ومسار الرذاذ، ومعدل السحب. ويمكن أن تتضمن الأعمال المستقبلية محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية، ونمذجة التدفق متعدد الأطوار، وتقييم راحة الرذاذ وأداء التبريد بناءً على الإدراك البشري.

لائحة الاتحاد الأوروبي الجديدة بشأن البطاريات: قواعد الاتحاد الأوروبي الجديدة بشأن البطاريات، بحيث يمكن للمستخدم إزالة البطارية واستبدالها.

شركة شنتشن هوي تشي تشن للتكنولوجيا الذكية المحدودة (JMK Smart) هي شركة تصنيع وتصدير تسعى باستمرار إلى الابتكار والتكنولوجيا والجودة. وتتصدر منتجاتها من المراوح اليدوية، ومراوح المكتب، ومراوح التخييم الخارجية، ومراوح الرقبة بدون شفرات، السوق.