"Mensen denken vaak dat de ontwikkeling van ventilatoren begint met een nieuw ontwerp voor de waaiers of de behuizing, maar in werkelijkheid begint het met inzicht in het gedrag van lucht."
Bram – Aerodynamic Engineer bij Vostermans Ventilation
In tegenstelling tot de waaiers of de motor is de luchtstroom niet zichtbaar. Toch bepaalt deze bijna elk aspect van de prestatie van een ventilator. Rendement, luchtstroom, drukopbouw, werpafstand en zelfs geluid hangen allemaal af van hoe de lucht door en rond de ventilator stroomt. Inzicht in de luchtstroom is daarom essentieel voor het ontwikkelen van beter presterende ventilatoren bij Vostermans Ventilation.
Bij de ontwikkeling van een nieuwe ventilator gaat het zelden om het vinden van één enkele doorbraak. Vaker gaat het om het stellen van veel kleine vragen.
Hoe beïnvloedt een ander schoepenprofiel de efficiëntie?
Kan de luchtstroom soepeler door de ventilator worden geleid?
Wat gebeurt er als de geometrie van de ventilatorbehuizing wordt aangepast?
Hoeveel energie gaat er verloren door turbulentie?
Hoe kan aerodynamisch geluid worden verminderd zonder in te leveren op de luchtstroom?
"Elk ontwerpkeuze beïnvloedt de luchtstroom", legt Bram uit. "Onze uitdaging is om precies te begrijpen hoe die keuzes de uiteindelijke prestaties van de ventilator beïnvloeden."
Het zou enorm veel tijd kosten om die antwoorden alleen met fysieke prototypes te vinden. Dit is waar Computational Fluid Dynamics (CFD) het engineeringproces heeft getransformeerd.
Met CFD kunnen ingenieurs de luchtstroom simuleren nog voordat het eerste prototype wordt vervaardigd. In plaats van meerdere fysieke ontwerpen te bouwen, evalueren ingenieurs ideeën eerst in een virtuele omgeving. De snelheid van de luchtstroom, de drukverdeling en turbulente stromingsstructuren worden zichtbaar, wat waardevolle inzichten oplevert in hoe een ventilator zich gedraagt, lang voordat de laboratoriumtests beginnen.
"De simulatie zelf is niet het doel", zegt Bram. "Het doel is inzicht te krijgen in de fysica achter wat we zien." Door de luchtstroom te visualiseren, kunnen ingenieurs aerodynamische verliezen identificeren, alternatieve ontwerpen vergelijken en beter begrijpen waarom het ene concept anders presteert dan het andere.
*Luchtstroom gevisualiseerd met behulp van CFD
Een van de meest interessante aspecten van de aerodynamica is dat schijnbaar onbeduidende details een meetbare invloed kunnen hebben op de prestaties. Neem bijvoorbeeld de speling tussen de bladtip en de ventilatorbehuizing. Hoewel deze speling slechts enkele millimeters breed is, zorgt deze ervoor dat lucht rond de bladtip stroomt in plaats van door de ventilator. De hierdoor ontstane tipvortex vormt een aerodynamisch verlies dat ingenieurs trachten te minimaliseren. CFD maakt deze stromingsverschijnselen zichtbaar en helpt ingenieurs te begrijpen hoe de geometrie van de schoepen, de speling aan de punt en het ontwerp van de behuizing de algehele prestaties beïnvloeden.
De waarde van CFD komt het duidelijkst naar voren wanneer het bijdraagt aan producten die in de praktijk uitzonderlijk goed presteren. Tijdens de ontwikkeling van de Multifan AirBreeze speelde CFD een belangrijke rol bij het evalueren van talrijke aerodynamische concepten, nog voordat de prototypes in het laboratorium werden getest. Door aerodynamische expertise, CFD-simulaties en uitgebreide laboratoriumvalidatie te combineren, hebben ingenieurs de ventilator geoptimaliseerd op het gebied van luchtstroom, energie-efficiëntie en akoestische prestaties.
Dezelfde technische filosofie werd toegepast tijdens de ontwikkeling van de Multifan Venturon. Verschillende ontwerpen van ventilatorbehuizingen, schoepgeometrieën en luchtstroomkenmerken werden geanalyseerd, waardoor ingenieurs gedurende het gehele ontwikkelingsproces weloverwogen ontwerpbeslissingen konden nemen.
Tegenwoordig worden beide productfamilies erkend als toonaangevend op de markt wat betreft prestaties, energie-efficiëntie en geluidsniveaus. Hoewel elk succesvol product het resultaat is van de samenwerking tussen vele technische disciplines, is CFD een onmisbaar hulpmiddel geworden voor het begrijpen en optimaliseren van aerodynamische prestaties.
Hoewel CFD een onmisbaar technisch hulpmiddel is geworden, is simulatie nooit het definitieve antwoord. Elk numeriek model wordt gevalideerd aan de hand van laboratoriummetingen om te garanderen dat de virtuele voorspellingen de werkelijkheid nauwkeurig weergeven. „Een simulatie zonder validatie is slechts een visualisatie”, zegt Bram. Door simulaties voortdurend te vergelijken met gemeten prestaties, verbeteren ingenieurs zowel hun numerieke modellen als hun inzicht in de luchtstroom.
Voor Bram begint elk project met nieuwsgierigheid. Geen twee ventilatorontwerpen gedragen zich precies hetzelfde, en elke nieuwe ontwikkeling onthult iets nieuws over de luchtstroom. "Hoe beter we de fysica begrijpen, hoe beter onze technische beslissingen worden. Dat voortdurende streven naar kennis is de drijvende kracht achter onze innovatie bij Vostermans Ventilation. Want het ontwerpen van betere ventilatoren begint niet bij motoren en waaiers. Het begint bij het begrijpen van het onzichtbare.”