Yeraltı madenlerinde kullanılan eksenel akışlı fanın kanat tasarımı ve gürültü kontrolü
Blade design and noise control of an axial flow fan used in underground mines
Yazar: GÜNEYHAN TAŞKAYA
Danışman: DOÇ. DR. BEYTULLAH ERDOĞAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada bir yeraltı madeninin havalandırılmasında kullanılan 40 cm çapındaki ön statorlu (akışı yönlendiren sabit kanat dizisine sahip) silindirik kanallı eksenel fanın kanat geometrisi yeniden tasarlanmıştır. Mevcut fanın Computer Aided Design (CAD) geometrisi incelenmiş ve tüm parametreler analiz edilmiştir. Gerçek fanın geometrik özellikleri sabit tutularak sistem gereksinimlerine göre yeniden bir tasarım yapılmış ve gerekli kaldırma kuvvetini sağlayacak yeni bir kanat profili seçilmiştir. Literatürde önerilen NACA 747A315 ve NACA 6412 kanat profillerine ek olarak bu çalışmada önerilen NACA 63-412 kanat profilinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi yapılmış ve kanat performans oranları (CL/CD) belirlenmiştir. NACA 63-412 kanat profili kullanılarak tasarlanan rotor geometrisi ile mevcut fan geometrisi CAD ortamında birleştirilmiştir. Yeni fanın gürültü düzeyini azaltmak amacıyla stator ve rotor kanat sayılarının farklı kombinasyonlarında HAD analiz çalışması yapılmıştır. Nihai fanın HAD sonuçları mevcut fanın sonuçları ile karşılaştırılmış ve nihai fanda farklı dönüş hızlarında kütlesel debide minimum %33,5 artış sağlanmıştır. Nihai fan tasarımının geniş
bant gürültüsü düzeyinde mevcut fana göre minimum %5,54 iyileşme elde edilmiştir. Bu çalışmanın literatüre sağladığı en büyük yenilik, yeraltı maden fanlarında kullanılabilecek alternatif bir NACA kanat profili önermesidir.

Anahtar Kelimeler: HAD, Eksenel fan, Havalandırma, Rotor, Fan kanatları

Abstract:
In this study, the blade geometry of a 40 cm diameter axial fan, equipped with a cylindrical duct and a pre-stator (a stationary vane system directing airflow) used for underground mine ventilation, was redesigned. The Computer-Aided Design (CAD) geometry of the existing fan was examined, and all parameters were thoroughly analyzed. A new design was developed in accordance with system requirements while maintaining the geometric characteristics of the original fan, and a novel blade profile was selected to achieve the required lift force. In addition to the NACA 747A315 and NACA 6412 blade profiles suggested in the literature, this study proposed the NACA 63-412 blade profile, which was analyzed using Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine blade performance ratios (CL/CD). The rotor geometry designed with the NACA 63-412 blade profile was integrated with the existing fan geometry in the CAD environment. To reduce noise levels, CFD analyses were conducted for various combinations of stator and rotor blade counts. The CFD results of the final fan
were compared to those of the existing fan, revealing a minimum 33.5% increase in mass flow rate at different rotational speeds and a minimum 5.54% improvement in broadband noise levels. The most significant contribution of this study to the literature is the proposal of an alternative NACA blade profile suitable for underground mine ventilation fans.

Keywords: CFD, Axial fan, Ventilation, Rotor, Fan blades