Düz dişlilerdeki muhafaza boyutu ve dönme hızının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigating the effects of shrouding length and rotational speed on the windage power losses for spur gears
Yazar: ALİ KIVANÇ ERSAN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT KADRİ AKTAŞ
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezde, iki fazlı (hava-yağ) ortamda bulunan muhafaza içerisindeki düz dişlilerin sahip olduğu hava sürtünme güç kaybı değerleri üzerinde muhafaza boyutu ve dönme hızının etkisi incelenmiştir. Bu etkileri incelemek adına oluşturulan sayısal model hesaplamalı akışkanlar dinamiği metotları kullanılarak oluşturulmuştur. Sayısal modelin oluşturulmasında CFD++ yazılımı, sayısal ağ yapısının oluşturulmasında Pointwise yazılımı, dişli geometrisinin çiziminde ise AutoCAD programı kullanılmıştır. Oluşturulan sayısal model üç boyutlu (3-D) olarak çözülmüştür. Hesaplama gücünün el verdiği miktarda hücre oluşturularak sayısal ağ yapısının sık ve düzgün bir şekilde oluşturulması sağlanmıştır. Modeli doğrulamak ve güvenilirliğinden emin olmak adına literatürde sonuçları bulunan bir dişli geometrisi seçilmiştir. Diş boşluğundaki akışı daha detaylı bir şekilde incelemek ve hesaplama süresinden tasarruf elde edebilmek adına tek diş boşluğu için çalışmalar yapılmıştır. Tek diş için elde edilen güç kaybı değerini diş sayısı ile çarparak tüm dişlide meydana gelen güç kaybı değeri hesaplanmıştır. Hava sürtünme kaybı üzerinde muhafaza boyutunun etkisini incelemek adına 4 farklı muhafaza konfigürasyonu için analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde eksenel muhafaza boyutu 3.6 mm olarak sabit tutulurken, radyal muhafaza boyutu da 3.6 mm ve 14.4 mm arasında 4 farklı değer olarak alınmıştır. Yine aynı şekilde hava sürtünme kaybı üzerinde dönme hızının etkisini incelemek adına 400 rad/s, 500 rad/s, 600 rad/s ve 700 rad/s dönme hızı değerleri için analizler tekrarlanmıştır. Ayrıca ortam farkının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisini görmek için iki fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kayı değerleri tek fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kaybı değeri ile karşılaştırılmıştır. İkincil faz olan yağı modelde tanımlamak için CFD++ yazılımı içerisindeki Eulerian Dağınık Fazı (EDP) modeli kullanılmıştır. Bu modelde gerçek bir yağlama modelini yansıtması açısından farklı tanecik boyutlarına sahip yağ parçacıkları tanımlanmıştır. 2 μm ve 10 μm arasında değişen 5 farklı tanecik çapı belirlenmiştir. Her bir farklı tanecik çapına sahip parçacığın sistemde yer alan toplam yağ miktarı oranı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu yardımı ile belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, effects of the shrouding length and rotational speed on the windage power losses of a spur gear in two-phase media (air-oil) are investigated. Computational fluid dynamic methods are used for investigating these effects. In order to modelling and calculating CFD++ commercial software is used. AutoCAD software is used for designing the gear and Pointwise software is used for generating meshs. The numerical model is applied for 3-D domain. Maximum number of cell is used for meshing the domain as much as copmutational power can solve. The spur gear geometry is selected from the literatüre and has already had numerical and experimental data, for reliability of the numerical model and validation. Only one tooth was modeled to reduce the calculation time of the simulations and made the simulations in the tooth space more detailed. Four different shrouding configurations are used for investigating the effect of the shrouding length on the windage power losses. In these configurations, axial shrouding length is 3.6 mm and radial shrouding length changes between 3.6 mm to 14.4 mm. Also, four different rotational speed values are used as 400 rad/s, 500 rad/s, 600 rad/s and 700 rad/s in order to investigate the effect of the rotational speed on the windage power losses. In addition, effect of the two-phase media on the windage power losses according to single-phase is investigated. Eulerian Dispersed Phase (EDP) model is used for describing the second phase in CFD++. Simulations became more realistic with using different particle diameter values for oil particles. Five different particle diameter values are applied which depeds between 2 μm and 10 μm. Rosin-Rammler distribution function is used for specifying the ratio of the each particle, which has different particle diameter, volume in total oil volume.