Çekvalf, kelebek, sürgülü ve iğne tip endüstriyel kontrol vanalarının akış özelliklerinin karşılaştırmalı incelenmesi
Comparative investigation of flow characteristics of check-valve, butterfly, gate and plunger type industrial control valves
Yazar: OSMAN NURİ TURHAN
Danışman: PROF. DR. MUAMMER ÖZGÖREN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akış analizi = Flow analysis ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Kelebek vanalar = Butterfly valves ; Kontrol vanaları = Control valves

Özet:
Tez çalışmasında, su hattı içerisinde vanaların bağlanması ile farklı endüstriyel kontrol vanalarının (değişik çaplardaki kelebek, sürgülü, iğneli vanalar ve çekvalflerin) akış özelliklerinin incelenmesi hesaplamalı akışkanlar dinamiği  (HAD) ile incelendi. Araştırmada sanayide üretilen anılan vana modelleri için k-ε türbülans modeli kullanan Solidworks Flow Simulation programı ile sayısal çalışma gerçekleştirildi. Farklı açıklık oranlarında kelebek ve sürgülü vanaların (DN250, DN300 ve DN350), tam açık konumda kollu çekvalf (DN250) ve iğneli vananın (DN250) belirtilen nominal çapları için HAD analizleri ve TS-EN1267 standartları uygun test düzeneğinde performans deneyleri yapıldı. İncelenen vanalar; akış katsayısı (Kv) değerleri, zeta katsayıları, basınç kayıpları, kavitasyon katsayıları, hız dağılımları, basınç değişimi, akım çizgisi değişimi ve diğer akış özelliklerinin ilgili vananın tam açık ve farklı açıklık oranlarında karşılaştırmalı olarak incelendi.  Ayrıca, diğer kelebek vana çapları (DN40-DN2200) arasında ise sadece tam açık konumda akış katsayısı değerleri sayısal olarak belirlendi.  Elde edilen sonuçlar ile vana geometrilerinde iyileştirme çalışmaları yapıldı. Vana çapı ve açıklık oranı azaldıkça basınç kaybı arttığı için akış katsayılarının azaldığı bulundu. HAD ve deney sonuçlarının karşılaştırması sonucunda aradaki farkları % 1-10 arasında vana tipine ve açıklık oranına göre değiştiği tespit edildi. Elde edilen tüm sonuçlar değerlendirildiğinde T.C. Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü su kontrol elemanları genel teknik şartnamesinde belirtilen akış performansı kriterlerini sağlamaktadır.

Abstract:
In this study, the connection of valves in the water line and the analysis of the flow properties of different industrial control valves (butterfly, gate, plunger valves and check valves of different diameters) were examined by computational fluid dynamics (CFD).  In the investigation, numerical studies were carried out with the Solidworks Flow Simulation program, which uses the k-epsilon turbulence model for valve models produced in an industry. CFD analyzes and performance tests were carried out in accordance with TS-EN1267 standard for the nominal diameters of butterfly valves and gate valves (DN250, DN300 and DN350), fully open lever check valve (DN250) and plunger valve (DN250) with different opening ratios. Flow coefficient (Kv) values, zeta coefficients, pressure losses, cavitation coefficients, velocity distributions, pressure variation, streamline variation, and other flow properties were compared at full open and different opening ratios of the relevant valve. In addition, only the flow coefficient values were determined numerically in the fully open position for other butterfly valve diameters in the range of (DN40-DN2200). With the results obtained, some improvement studies were carried out on valve geometries. It has been shown that as the valve diameter and opening ratio decrease, the flow coefficients decrease while increasing the pressure loss increases. As a result of the comparison of CFD and test results, it was found that the differences were between 1-10% according to valve type and opening ratio. When all the results obtained are evaluated, they meet the flow performance criteria specified in the general technical specification in General Directorate of State Hydraulic Works of Türkiye Republic.