Eksenel fanlarda kanat ucu açıklığının fan performansına etkisinin deneysel ve sayısal olarak araştırılması
Experimental and numerical investigation of the effect of blade tip clearance on fan performance in axial fans
Yazar: TÜRKER BURAK GÜVEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AZİZ HAKAN ALTUN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SERCAN DOĞAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Aksiyel fan = Axial fan ; Fanlar = Fans ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Kanat ucu = Winglet

Özet:
Tezin amacı endüstriyel amaçlarla kullanılan eksenel fanların kanat ucu ile cidar arasında kalan açıklığın fan performansına etkisinin deneysel ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile incelenerek optimum kanat ucu açıklık oranının tespit edilmesidir. Böylece fanların yüksek performansta çalışması sağlanarak enerji verimliliğinin arttırılması hedeflenmiştir. İlk olarak deneysel çalışmalar için ANSI/AMCA 210-16 standardına uygun olarak deney düzeneği kurulumu hazırlanmıştır. Deneysel çalışmalar 500 mm çapında kovanlı tip eksenel fanın s/D0=4/500, 5/500, 7/500, 10/500 ve 14/500 kanat ucu açıklık oranları için tekrarlanmıştır. Ölçümler, fan kanatlarının 25° ve 30° hücum açılarında ve 0 ile 7100 m3/h aralığındaki en az on üç farklı debi değeri için yinelenmiştir. Daha sonra hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi ile test fanının 472 mm, 486 mm ve 492 mm pervane çapına sahip modelleri incelenmiştir. HAD yöntemi ile 25° hücum açısı için kanat ucu açıklık oranları s/D0=14/500, 7/500, ve 4/500 değerleri incelenmiştir. Deneysel ve sayısal yöntemlerle elde edilen veriler ve fan üreticisi firmanın katalog verilerinden oluşturulan fan karakteristik eğrileri, her bir hücum açısı ve kanat uç açıklığı için birbirleri ile kıyaslanmıştır. En düşük kanat uç açıklığı oranında en yüksek verim değerine ulaşılmıştır. Yine en düşük kanat uç açıklık oranında kararsız çalışma bölgesinin en geniş ve en belirgin durumda olduğu saptanmıştır. Ayrıca kanat hücum açısının artmasıyla fanın daha yüksek debi değerlerinde çalışabildiği belirlenmiştir.

Abstract:
The thesis aims to determine the optimum blade tip clearance rate by examining the effect of the clearance between the blade tip and the wall of the axial fans used for industrial purposes on the fan performance by experimental and computational fluid dynamics methods. Thus, it is aimed to increase energy efficiency by ensuring that the fans work at high performance. Firstly, an experimental setup was prepared in accordance with the ANSI/AMCA standard for experimental studies. Experimental studies were repeated for s/D0=4/500, 5/500, 7/500, 10/500, and 14/500 blade tip clearance ratios of tube axial fan with 500 mm diameter. The measurements were repeated at 25° and 30° attack angles of the fan blades and for at least thirteen different flow rates in the range of 0 to 7100 m3/h. Then, the models of the test fan with impeller diameters of 472 mm, 486 mm, and 492 mm were examined by the computational fluid dynamics (CFD) method. By CFD method, blade tip clearance ratios s/D0=14/500, 7/500, and 4/500 values were investigated for 25° angle of attack. The fan characteristic curves, which were created from the data obtained by experimental and numerical methods and the catalog data of the fan manufacturer company, were compared with each other for each angle of attack and blade tip clearance. The highest efficiency value was achieved at the lowest blade clearance ratio. However, it was determined that the unsteady operating region was the
widest and the most prominent at the lowest blade tip clearance ratio. In addition, it was determined that the fan could work at higher flow rate values with the increase in the blade attack angle.