Radyal fan performansına etki eden parametrelerin sayısal olarak incelenmesi

Endüstriyel uygulamalarda fanlar önemli bir yer tutmaktadır. Fanlar yardımıyla elektrik enerjiye mekanik enerji ise akışkanda basınç farkına dönüştürülerek hava akışı sağlanır. Genel olarak eksenel ve radyal olarak iki gruba ayrılırlar. radyal fanlar endüstrinin birçok alanında debinin, basıncın ve gücün geniş bir aralığında hizmet vermektedir. Bu çalışmada yine endüstriyel uygulamalarda önemli bir yer tutan bir adet ev tipi aspiratör radyal fanı göz önüne alınarak analiz yapılmıştır. Radyal fan için ileriye dönük kanat modeli göz önüne alınmıştır. Bağımsız parametre olarak kanat giriş açısı kanat çıkış açısı kanat sayısı kanat kalınlığı rotor dış çapı ve kanat yüksekliği bağımsız değişken olarak belirlenmiştir. Kanat giriş açısının 120-170°, çıkış açısının 60-120°, kanat sayısının 40-60, kanat kalınlığının 0,8-1,4 mm, rotor dış çapını 140-160 mm kanat yüksekliğinin 8-12 mm aralığında analizleri yapılmıştır. Bu bağımsız parametrelerin hava debisi, fan çıkış basıncı, moment ve fan veriminin üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışma Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yoluyla sayısal olarak yapılmıştır. Bu amaçla ANSYS CFX paket programı kullanılmıştır. Bilindiği gibi turbomakinaların sayısal analizi üzerine CFX yazılımı oldukça yüksek doğrulukta sonuçlar vermektedir. Uygun çözümün belirlenmesi için üç farklı türbülans model denenmiş k-𝜖 modelinin en doğru sonucu sağladığı görülmüştür. Buna bağlı olarak k-𝜖 türbülans modeli kullanılmıştır. Sayısal modellemenin doğruluğunu kanıtlamak için deneysel bulgulardan yararlanılmıştır. Tasarlanan radyal fanın aynısı 3D yazıcıda üretilerek AMCA standartlarına uygun testlere tabi tutulmuş ve 1500 dev/dk da basınç ve debi cinsinden veriler tespit edilmiştir. Sayısal modellemede deneysel bulgulardan elde edilen verileri sağlayan çözüm algoritması ve uygun grid sayısı belirlenmiştir. Yapılan grid optimizasyonunda yaklaşık 4,5 milyon grid sayısının optimum değer olduğu belirlenmiştir. Bu çözüm algoritması ve grid değerine bağlı olarak deneysel bulgularla farkın %4 ten küçük olduğu görülmüştür. Çalışmada seçilen bağımsız parametrelerin fazla olmasından dolayı çözüm sürecini kısa tutmak ve bulguları doğru analiz edebilmek için yüzey yanıt metoduna dayalı uygun deneysel dizayn metodu kullanılmıştır. Bu metottan elde edilen bulguların doğruluğunu sağlamak için ANOVA analizi yapılmış ve yüksek regrasyon katsayısı, küçük p değerini sağlayan sonuçlar belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlarda debi, basınç, verim ve moment için en etkin parametrenin kanat çıkış açısı olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte özellikle rotor dış çapı, kanat yüksekliği bağımlı parametreleri önemli oranda etkilediği görülmüştür. Tekli parametrelerle birlikte, bağımlı parametrelerin kombinasyonuna bağlı olarak çıkış açısı ile rotor dış çapının, giriş açısı ile kanat yüksekliğinin, kanat sayısı ile kanat yüksekliğinin ikili etkisi bağımlı parametrelerin üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir.