Evsel tip soğutucularda kullanılan eksenel fan ve hava yönlendirme muhafaza yapısının ürün gürültüsüne etkisi ve gürültü düşürülmesi
An experimental and numerical study on the effect of shroud on axial fan noise
Yazar: KORAY ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda özellikle havacılık, otomotiv ve beyaz eşya sektörlerinde hava akışı kaynaklı gürültü problemleri ön plana çıkmaktadır. Özellikle beyaz eşya sektöründe rastlanan hava akışı kaynaklı gürültünün en büyük sebebi ürünlerde kullanılan fanlardır.
Gerçekleştirilen bu tez kapsamında, eksenel fan ve hava yönlendirici yapılar gibi ses gücü düzeyini etkileyen faktörlerin literatür ve patent araştırmaları gerçekleştirilmiş, debi ve ses gücü düzeyine etkileri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir.
Çalışmada 145mm çapında dört kanatlı eksenel bir fan kullanılmıştır. Sadece fandan oluşan referans durum için, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) çözümlerinde giriş sınır şartı olarak kullanılmak üzere rüzgar tüneli test düzeneğinde debi ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sonrasında yine orijinal duruma ait ses gücü düzeyi ölçümleri yarı yansımasız akustik odada standartlara uygun olarak yapılmıştır. Hava yönlendiricilerin akışı düzenlemeye, kayıpları azaltmaya ve dolayısıyla ses gücü düzeyine olumlu etkisi olduğu bilinmektedir. Bu kapsamda bir hava yönlendirici tasarımının yapılması ve tasarımın optimize edilmesinin, referans duruma kıyasla ses gücü düzeyini iyileştirmesi beklenmelidir. Bundan dolayı hava yönlendirici tasarımının optimizasyonuna yönelik olarak kritik parametrelerin belirlendiği bir tasarım metodolojisi oluşturulmuştur. Tasarım parametrelerinin incelenmesi için Ansys Fluent kullanılmıştır.
Optimizasyon çalışması sonucunda, HAD analizlerinin sonuçlarını doğrulamak üzere uygun değer tasarım kullanılarak debi ölçümleri ve ses gücü düzeyi ölçümleri yapılmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre referans duruma kıyasla debide %14.5 iyileşme görülmüştür. Ses gücü düzeyi ise, aynı debi değeri dikkate alındığında, optimum tasarımın 2.4dBA daha sessiz olduğu görülmüştür.  

Anahtar Kelimeler: Eksenel fan, hava yönlendirici yapılar, ses gücü düzeyi, akışkan debisi, HAD, Ansys Fluent

Abstract:
In the course of the thesis, a literature search of the axial fan and shroud design and the factors affecting the sound power level were carried out and the effects on flow rate and sound power level were investigated experimentally and numerically. In recent years, airflow-induced noise problems have become a major issue, especially in the aviation, automotive and home appliances industry. Especially in the home appliances industry, fans used in theappliances are one of the biggest cause of the noise.
In the scope of the study, flow rate measurements of the original state were carried out in order to determine the inlet boundary conditions in the wind tunnel test apparatus. Afterwards, the original sound power level measurements were made in accordance with the standards in the semi-anechoic acoustic room. An axial fan with four blades of 145mm in diameter was used in the study. Shroud designs are known to have a positive effect on sound power level and output air flow rate. In this context, designing a new shroud and optimizing the design will improve sound power level. For this reason, a design methodology has been developed in which crictical parameters are determined for the optimization of shroud design. Ansys Fluent program, which is a computational fluid dynamics (CFD) software, is used to examine the design parameters.
In order to confirm the results of the CFD analyzes, air flow measurements in the wind tunnel and acoustic measurements in the semi-anechoic room were made. According to the measurement results, the flow rate improved by 14.5% according to the original case. The sound power level was found to be quieter than the new design by 2.4dBA compared to the same air flow rate. 

Keywords: Axial fan noise, shourd design, CFD, Fluent