Kelebek vanaların performanslarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle incelenmesi ve karşılaştırılması

Bu tez çalışmasında, farklı nominal çaplara (DN50, DN150 ve DN300) ve farklı açıklık açılarına (10°, 50° ve 90°) sahip kelebek vanaların akış karakteristikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada akışkan olarak temiz su kullanılmış, giriş hızları 1 m/s, 3 m/s ve 5 m/s olacak şekilde belirlenmiş ve çeşitli sınır koşulları tanımlanmıştır. Analizler Autodesk CFD yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiş, çözüm doğruluğunu sağlamak için mesh bağımsızlık testi yapılmış ve elde edilen sonuçlar literatür verileriyle karşılaştırılarak model doğrulanmıştır. Sayısal modellemelerde türbülans modeli olarak k-ε (standart) modeli tercih edilmiştir. Bu modelin türbülanslı rejimlerdeki performansı incelenmiş, hız vektör dağılımları, basınç kayıpları ve türbülans kinetik enerjisi gibi temel parametreler üzerinden değerlendirmeler yapılmıştır. Bu sayede akış alanının davranışı detaylı biçimde ortaya konmuş ve türbülans modelinin uygunluğu gerekçelendirilmiştir. Elde edilen bulgular, tüm vana çaplarında Reynolds sayılarının 5×10⁴'ün üzerinde olduğunu ve akışın tamamen türbülanslı rejimde gerçekleştiğini göstermiştir. Aynı hız değerlerinde vana çapının artması Reynolds sayısını ve debi katsayısını (Kv) yükseltmiş, küçük açıklık açılarında ise basınç kaybı (ΔP) ve kayıp katsayısı (K) artış göstermiştir. DN150'nin akış kapasitesi DN50'ye kıyasla yaklaşık 9.12 kat daha yüksek elde edilmiştir; DN300'ün kapasitesi ise DN150'ye göre yaklaşık 4.28 kat daha yüksek edilmiştir. Küçük açıklıklarda ise basınç kaybı (ΔP) ve kayıp katsayısı (K) artmış, açıklık büyüdükçe azalmıştır. Analizlerden elde edilen ΔP, K ve Kv değerleri literatürde bildirilen aralıklarla uyumlu çıkmıştır. Bu sonuç, kullanılan modelin geçerli olduğunu ortaya koymuş ve farklı çap ile açıklık açılarına sahip vanaların akış karakteristiklerinin mühendislik uygulamalarında optimum tasarım ve enerji verimliliği açısından önemli katkılar sağlayacağını göstermiştir. Anahtar Kelimeler: kelebek vana, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, türbülans modeli, k-ε, basınç kaybı