Bir endüstriyel fan tasarımı ve hesaplanabilir akışkanlar dinamiği analizi
Design and computational fluid dynamics analysis of an industrial centrifugal fan
Yazar: ÖMER KORCAN ATEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN SELVER
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Pompa fanı = Pump fan ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Çark kanatları = Impeller blades

Özet:
Bu çalışmanın amacı, fan tasarımlarında HAD ile doğru analiz parametrelerinin belirlenmesidir. Bunun için birçok endüstri sahasında sıklıkla kullanılan geriye eğimli dış bükey kanatlı bir santrifüj fan tasarlamak için, farklı analitik yöntemlerden, deney sonuçlarına en yakını bulunarak bir metodoloji seçilmiş ve uygulanmıştır. Bu metodoloji ile, daha önce test edilen bir fanın aynı girdi verileri kullanılarak tasarlanan fan, hem geometrisi hem de performans sonuçları bu test edilmiş fan ile karşılaştırılmıştır.

Daha sonra, önceden test edilmiş fan üzerinde HAD (Hesaplamalı Akışkan Dinamiği,) analizi için, üreticinin vermiş olduğu teknik çizimlere göre Solidworks programı ile 3 boyutlu modellenen fan, Ansys yazılımının CFX modülü içerisine yüklenmiş ve ağ atma işlemi yapılmıştır. Farklı ağ yapılarında zamandan bağımsız çözdürülen analiz sonuçları tablolar halinde sunulmuş, en uygun ve en az kaynak tüketen minimum ağ sayısı tespit edilmiştir. Nümerik analiz sonucu çıkan sonuçlar, test edilmiş fanın deney sonuçları ile karşılaştırılmış ve düşük bir hata yüzdesi ile tutturulmuştur. Bu da bize, aynı analiz ayarlarında bu sefer yeni tasarlanan fan geometrisine uygulanan HAD yönteminin kabul edilebilir sonuçlar vereceğini kanıtlamış olmaktadır. Sonrasında analitik hesaplardan çıkan çizim değerlerine göre modellenen yeni tasarlanan fan aynı ayarlar ile analiz edilmiş ve tasarım esnasındaki kabuller, bu HAD analizinin sonuçlarına göre revize edilerek deneysel katsayı değerleri olan bir K' faktörü bulunmuştur. Böylece tasarım yöntemi güncellenerek ideal hesaplama yöntemine ulaşılmıştır.

Son olarak bu ulaşılan katsayılara göre yenilenen fan, tekrar aynı nümerik hesaplama işlemlerinden geçirilerek yeni sonuçlar çıkarılmıştır. Nümerik analizle ulaşılan bu sonuçlar yeni tasarlanan fanımızın giriş kısmından başlayarak birçok bölgesindeki veriler alınarak analitik hesaplarla karşılaştırılmış ve kabul edilebilir sınırlar içinde olduğu görülmüştür.

Abstract:
The aim of this thesis is to define the parameters of CFD analysis in a centrifugal fan design. For this purpose a centrifugal fan with backward curved convex blades, which is frequently used in many industrial fields, is designed by a methodology. This methodology was selected and applied from different analytical methods, which was the closest to the experimental results. At the end, both the geometry and performance results of a previously tested fan and designed fan which is designed by using the same input data of this previously tested fan.

Then, for the CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis on the pre-tested fan, the 3D modeled fan was loaded into the CFX module of Ansys software according to the technical drawings given by the manufacturer and meshing operation was performed. The results of time-independent analysis in different mesh structures are presented in tables and the optimum results and minimum resource consuming meshing is determined. The results obtained from the numerical analysis were compared with the experimental results of the tested fan and the results were catched with a low percentage. This proved us that the HAD method applied to the newly designed fan geometry at the same analysis settings will give acceptable results. Then, the newly designed fan modeled according to the drawing values obtained from the analytical calculations was analyzed with the same settings and the assumptions during the design were revised according to the results of this CFD analysis and an experimental coefficient valu, named K', was found.

Finally, the fan which was renewed according to these coefficients was subjected to the same numerical calculations again and new results were obtained. These results from numerical analysis were taken from the enterance part of our newly designed fan to many regions and compared with analytical calculations and found they were within acceptable limits.