Çoklu operasyon noktası ihtiyaçları için fan tasarım optimizasyonu
Fan design optimization for multiple operations points needs
Yazar: AHMET YALABIK
Danışman: DOÇ. DR. ŞABAN PUSAT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fanlar endüstride çok fazla kullanım alanına sahiptir. İklimlendirme, havalandırma, yakma vb. alanlarda sıkça kullanılırlar. Bazen sistem ihtiyaçlarına karşılık verebilmek için birden fazla çalışma noktası istendiği durumlar olabilir. Böyle durumlarda tasarım parametreleri değişkenlik gösterecektir. Bu tezde birden fazla çalışma noktasına sahip olan sistemler için farklı rotor tasarımları yapılmıştır.  Emiş çapı, giriş kanat yüksekliği, giriş açısı ve kanat sayısı sabit tutulup çıkış kanat yüksekliği, çıkış açısı ve çark çapı üzerinde değişiklikler yapılmıştır. Öncelikle yapılan analiz ile deneysel sonuçlar karşılaştırılmış ve hata payı %3 olarak hesaplanmıştır. Hata payı kabul edilebilir aralıkta olduğundan kalan tüm ölçümler analiz programı üzerinden yapılıp simüle edilmiştir. 5250 m3/h ve 2900 Pa dizayn noktası seçilmiş ve bu değerleri sağlayacak şekilde tek kanat üzerinden belli bir hacimsel verim tahminiyle tasarım yapılmıştır. Doğrulanmış tasarıma salyangoz, emiş hunisi ve diğer parçalar eklenerek önce farklı debi değerlerinde zamandan bağımsız olan steady analiz koşturulmuş ve daha sonra zamana bağlı olan transient analiz koşturulmuştur. Bu analizler CFX yazılımı yardımıyla yapılmıştır. Sınır koşulları olarak fan emişine 0 Pa toplam basınç verilirken, fan çıkışına istenen debiye göre kütlesel debi hesaplanıp verilmiştir. Salyangoz tasarımı Pfleiderer'e göre yapılmıştır. Daha sonra fanların karakteristik eğrileri çizilip, tek bir grafikte gösterilmiştir. Yapılan analizlere göre daha büyük çark çapına sahip olan fanın debi yönünden daha dengeli olduğu, küçük çark çapına sahip olan fanın ise basınç yönünden daha dengeli olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
Fans have many uses in industry. Air conditioning, ventilation, incineration, etc. are frequently used in the fields. Sometimes there are situations where more than one operating point is required to respond to system needs. In such cases, the design parameters will variability. In this thesis, different rotor designs have been made for systems with more than one operating point. Suction diameter, inlet blade height, inlet angle and number of blades were kept constant, and changes were made on the outlet blade height, outlet angle and impeller diameter. First of all, the analysis and experimental results were compared, and the margin of error was calculated as 3%. Since the margin of error is within the acceptable range, all remaining measurements were made and simulated through the analysis program. A design point of 5250 m3/h-2900 Pa was selected, and a design was made with a certain volumetric efficiency estimation over a single wing to provide these values. By adding the volute, inlet cone and other parts to the verified design, firstly, the time-independent steady analysis was run at different flow rates, and then the time-dependent transient analysis was run. These analyzes were made with the help of CFX. While 0 Pa total pressure was given to the fan suction as boundary conditions, the mass flow rate was calculated and given according to the desired flow rate at the fan outlet. The volute design was made according to Pfleiderer. Then the characteristic curves of the fans are drawn and shown in a single graph. A fan with a larger impeller diameter is more stable in terms of flow, while a fan with a smaller impeller diameter is more stable in terms of pressure.