Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Makine Mühendisliği, Kahramanmaraş, Türkiye

Transkript

1 S.Ü. Müh. Blm ve Tekn. Derg., c.6, s.4, ss , 2018 Selcuk Unv. J. Eng. Sc. Tech., v.6, n.4, pp , 2018 ISSN: (Electronc) DOI: /Sctech FARKLI KESİT GENİŞLEMELİ GEOMETRİLERİN KLİMA SANTRALLERİ İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRLÜ BOŞ HÜCREDEKİ AKIŞA ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ 1 Muhammed Safa KAMER, 2 Kerm SÖNMEZ, 3 Ahmet KAYA 1,3 Kahramanmaraş Sütçü İmam Ünverstes, Makne Mühendslğ, Kahramanmaraş, Türkye 2 Karadenz Teknk Ünverstes, Teknoloj Transfer Ofs, Trabzon, Türkye 1* msafakamer@ksu.edu.tr, 2 kerm-sonmez@hotmal.com, 3 kaya38@ksu.edu.tr (Gelş/Receved: ; Kabul/Accepted n Revsed Form: ) ÖZ: Klma santrallernde kullanılan fanların çıkış kest alanı, fandan sonra gelen ısıtma/soğutma bataryaları, susturucu, fltre, karışım odası veya ısı ger kazanım vb. hücrelern kest alanından küçüktür. Klma santralnn verml br şeklde çalışablmes çn fanın üfledğ havanın br sonrak hücreye mümkün olan en düşük basınç düşüşü ve homojen hız dağılımı le yayılması gerekr. Küçük br kest alanından çıkan havayı daha büyük br kest alanına yaymak çn dfüzörler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, havanın boş hücrede daha kısa mesafede homojen dağılımını sağlamak çn hem boş hücredek kest genşlemesnn yapısı hem de grş kestnde kullanılan dfüzör yapısının etks sayısal olarak ncelenmştr. Boş hücrenn kest genşlemesnn yapısının akış üzerndek etksn belrlemek amacıyla 5 farklı geometr (kare geometrl an kest genşlemes, 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes) oluşturulmuştur. Dfüzör yapısı olarak da düz (pramt yükseklğ = 0 mm) ve pramt (pramt yükseklğ = 30, 60 mm) şekll anemostat tp dfüzör kullanılmıştır. 80 kanat açısındak üç farklı yükseklkte anemostat tp dfüzörün kullanıldığı beş farklı kest genşlemesnn boş hücredek basınç düşümüne ve hız dağılımına etks sayısal olarak araştırılmıştır. Araştırma sonucunda, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücrede en düşük basınç düşümü elde edlmştr ve ayrıca dfüzör pramt yükseklğnn artmasıyla da basınç düşümünün azaldığı belrlenmştr. 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücre çnde homojen hava akışının 80 kanat açısındak anemostat tp dfüzörlerde h=0 ve 30 mm pramt yükseklklernde olduğu tespt edlmştr. Anahtar Kelmeler: Anemostat tp dfüzör, Basınç düşümü, Fan, Hesaplamalı akışkanlar dnamğ (HAD), Klma santral, Numercal Investgaton of The Effect Of Geometres wth Dfferent Cross Secton Expanson on The Flow n An Empty Cell wth An Anemostat Type Dffuser Desgned For Ar Condtonng Power Plants ABSTRACT: The output cross-sectonal area of the fans used n the ar condtonng power plants s smaller than the cross-sectonal area of cells, whch are located after the fan, such as heatng/coolng batteres, slencer, flter, mxng chamber or heat recovery. In order for the ar condtonng power plant to operate effcently, the ar that the fan blows must spread to the next cell wth the lowest possble pressure drop and homogeneous velocty dstrbuton. Dffusers are used to spread ar from a small to a larger cross-sectonal area. In ths study, both the structure of the sudden secton expanson n the empty cell and the effect of the dffuser structure used n the nlet secton have been numercally nvestgated to provde a homogeneous dstrbuton of ar at shorter dstance n the empty cell. Fve dfferent geometres

2 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 695 (sudden secton expanson wth square geometry, secton expanson wth cut geometry from 45 on both sdes, secton expanson wth cut geometry from 45 on four sdes, secton expanson wth cut geometry from 15 on both sdes, secton expanson wth cut geometry from 15 on four sdes) have been created to determne the effect on flow of the structure of the secton expanson of the empty cell. Flat (pyramd heght = 0 mm) and pyramd (pyramd heght = 30, 60 mm) shaped anemostat type dffusers have been used as the dffuser structure. The effect of fve dfferent cross secton expansons where anemostat type dffuser s used at three dfferent heghts wth 80 wng angle on the pressure drop and the velocty dstrbuton n the empty cell has been nvestgated numercally. As a result of ths study, the lowest pressure drop has been obtaned n the empty cell wth a secton expanson wth cut geometry from 45 on four sdes, and t has also been determned that the pressure drop reduces wth ncreasng the heght of the dffuser pyramd. The homogeneous arflow n the empty cell wth a secton expanson wth cut geometry from 45 on four sdes has been found at h = 0 and 30 mm pyramd heghts n the anemostat type dffusers at the 80 wng angle. Key Words: Anemostat type dffuser, Pressure drop, Fan, Computatonal flud dynamc (CFD), Ar condtonng power plant GİRİŞ (INTRODUCTION) Klma santrallernde emş ve/veya üfleme fanlarının çıkışlarındak hava akış hızları 8-15 m/s mertebelernde olup, akışın hız dağılımı tam gelşmş türbülanslı akıştak hız dağılımından farklıdır (HVAC, 2006). Bu sebeple, fandan sonra arada yeterl uzunlukta br santral bölümü veya delkl dfüzörlü br boş hücre kullanılmalıdır. Aks durumda; havanın fan hücresnden sonra yer alan ısıtma/soğutma bataryaları, susturucu, fltre, karışım odası veya ısı ger kazanım vb. hücre yüzeylernn ancak belrl br kısmı le teması söz konusu olmaktadır. Bu durum santrallern çalışma vermlern öneml ölçüde düşürmektedr. Çalışma vermn stenen sevyede tutablmek çn fan üfleme ağzından sonra hava dağılımını kolaylaştıran perfore (delkl) sacdan yapılmış br delkl dfüzörün de çnde bulunduğu fan çark çapının yaklaşık katı uzunlukta boş hücreler kullanılmaktadır (Blge, 2010). Delkl dfüzörlü br boş hücre kullanımı halnde, yukarıda bahsedlen hücrelern tüm yüzeylernden havanın homojen br şeklde geçrlerek çalışma vermlernn arttırılması ve buna bağlı olarak santral ç basınç kaybının azaltılması mümkün olmaktadır (Bulut ve dğ., 2011; Tanyol, 2012). Santral ç basınç kaybının azaltılması ve havanın fandan sonrak hücrelere olabldğnce homojen br şeklde yayılması enerj vermllğ açısından oldukça öneml br durumdur. Lteratürde akışı kontrol etmek amacıyla akış alanına yerleştrlen farklı geometrlerdek brçok delkl sac plakadan kaynaklanan basınç düşüşü akış karakterstkler sayısal ve deneysel olarak araştırılmıştır (Şahn, 1989; Şahn ve Ward-Smth, Şahn ve Ward-Smth, 1987; Şahn ve Ward-Smth, 1990; Şahn ve Ward-Smth, 1991; Şahn ve Ward-Smth, 1993; Şahn ve dğ., 1995; Nou-Mehd ve dğ., 2005; Guo ve dğ., 2013). Bayramgl ve dğ. (1998) br klmlendrme sstem fanının çıkış kestnde bulunan delksz dfüzör çersndek akışı sayısal olarak ncelemşlerdr. Dfüzördek akışın sayısal ncelemes çn çeştl dfüzör açılarındak cdar statk basınç dağılımlarını ölçmüşlerdr. Dfüzör çıkışındak akışın düzgün olmadığını, türbülans sevyesnn noktadan noktaya öneml ölçüde değşkenlk gösterdğn ortaya koymuşlardır. Abantoa ve dğ. (2004) blgsayar odasının akış analz ve konfor koşullarını sayısal olarak belrlemşlerdr. Blgsayar odası Soldworks tcar yazılımıyla modellenmş ve FLUENT programında çözülmüştür. Odanın havalandırılması çn dört-yollu dfüzör kullanılmış ve kütlesel deb grş olarak tanımlanıp sayısal analz yapılmıştır. Zhang ve dğ. (2009) dört farklı dfüzör kullanarak (çeyrek dare delkl dfüzör; ızgara dfüzör; zemn delkl pano dfüzör; ve swrl dfüzör) br ofstek akışı Fluent paket programı le modellemşlerdr.

3 696 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA Lteratür araştırmasında klma santralnde kullanılan kare kestl kesk pramt şeklndek br delkl dfüzörlü boş hücre çn yapılan br HAD (hesaplamalı akışkanlar dnamğ) çalışmasında k farklı ebattak geometrler çn sayısal analz çalışması yapılmış olup, hücre çıkışındak hız dağılımları ncelenmştr. (Bulut ve dğ., 2011; Tanyol, 2012). Bulut ve dğ. (2011) klmlendrme sstemlernde kullanılan klma santrallernn vermnn arttırılmasına yönelk CFD (hesaplamalı akışkanlar dnamğ) yöntemyle ncelemeler yapmışlardır. Klma santrallerndek mevcut hücre yapısını CFD analz programı olan Fluent de çözerek, çıkan sonuçları değerlendrp akışın yapısını bozan ve yüksek basınç düşümüne neden olan kısımlar tespt edlmştr. Yğt ve dğ. (2013) pyasada mevcut standart dfüzörlerden (yayıcı) farklı olarak dağıtıcılık özellğ yüksek br dfüzörün tasarlanması amacıyla, çeştl düşey kanat açısına sahp olan dfüzörlern ortamdak hava dağıtıcılığını sayısal olarak ncelemşlerdr. Oda çersne yerleştrlen dfüzörün çeştl düşey kanat açılarında sayısal testlern yaparak havanın ortamdak dağılımını, hızını ve dfüzörde ortaya çıkan basınç düşümlern, ANSYS-Fluent paket programı kullanılarak belrlemşlerdr. Kaya ve dğ. (2017) düz ve pramt şekll anemostat tp dfüzör kullanılması durumu çn havanın boş hücreden sonrak ünteye yayılma durumunu ve dfüzör tplernn boş hücrede sebep olduğu statk basınç düşüşünü sayısal olarak araştırmışlardır. Boş hücre çnde en homojen hava akışının düz anemostat tp dfüzörde 80 kanat açısında olduğu tespt edlmştr. Bu çalışmada; 80 kanat açısına sahp farklı yükseklklerdek anemostat tp dfüzör ve boş hücrenn kest genşlemes çn tasarlanmış beş farklı geometr ele alınmıştır. Farklı dfüzör yüksekller ve farklı boş hücre geometrlernn akışa ve basınç düşümüne etks sayısal olarak araştırılmıştır. Olası br yleştrme sağlandığında üretclerle bu sonuçların paylaşılması hedeflenmştr. MATERYAL VE METOD (MATERIALS AND METHODS) Anemostat tp geometrye sahp dfüzörlü boş hücre çn sayısal analzler ANSYS 18.1 programında gerçekleştrlmştr. Analzler 80 kanat açısına sahp üç farklı anemostat geometrs (h = 0, 30, 60 mm) ve beş farklı boş hücre (kare geometrl an kest genşlemes, 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes) belrlenerek gerçekleştrlmştr. Bu parametrelern basınç düşüşüne ve boş hücredek hız dağılımına olan etkler ncelenmştr. Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücre (Empty Cell wth Anemostat Type Dffuser) Sayısal analzlerde kullanılan anemostat tp geometrye sahp dfüzörlü boş hücre geometrs Şekl 1 de verlmştr. Sayısal analzlerde düz anemostat tp (Şekl 2a) ve pramt anemostat tp (Şekl 2b) geometrye sahp dfüzörlü boş hücre ayrı ayrı ncelenmş olup, her k tptek geometr çn 80 kanat açısında analzler gerçekleştrlmştr.

4 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 697 (a) Grş kestnden görünüş (b) Çıkış kestnden görünüş Şekl 1. Anemostat tp dfüzörlü boş hücre Fgure 1. Empty cell wth anemostat type dffuser Yapılan çalışmada boş hücre kest 1200 mm x 1200 mm, hücre dernlğ 5000 mm olarak alınmıştır. Boş hücreye havanın grdğ kest 600 mm x 600 mm genşlğnde ve 125 mm uzunluğundadır. Dfüzörün grş kest, 600 mm x 600 mm lk kest alanından 1200 mm x 1200 mm lk kest alanına geçş noktasından çıkışa doğru 10 mm lerde olacak şeklde monte edlmş ve dfüzörün çıkış kest 1200 mm x 1200 mm lk boş hücre kestne ortalanacak şeklde tasarım yapılmıştır. Anemostat tp dfüzör 10 kanattan oluşmaktadır. Grşten 10 mm sonraya yerleştrlen dfüzörde her br kanat uzunluğu 30 mm olarak alınmıştır. Anemostat tp dfüzörlü boş hücre çn geometrk blgler Şekl 2 de verlmştr. Şekl 2 de verlen α anemostat tp dfüzörün kanat açısını, h se anemostat tp dfüzörün yükseklğn fade etmektedr. (a) Düz Anemostat (b) Pramt Anemostat Şekl 2. Anemostat tp dfüzörlü boş hücrenn geometrk detayları Fgure 2. Geometrc detals of empty cell wth anemostat type dffuser Farklı Profllerdek Boş Hücre (Empty Cell n Dfferent Profles) Sayısal analzlerde kullanılan beş farklı geometrye (kare geometrl an kest genşlemes, 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes) sahp dfüzörlü boş hücre görüntüler Şekl 3 de verlmştr.

5 698 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA (a) Kare geometrl an kest genşlemes (c) 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes (b) 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes (d) 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes (e) 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes Şekl 3. Farklı tp kest genşlemesne sahp boş hücreler Fgure 3. Empty cells havng dfferent types of secton expanson Yapılan çalışmada kullanılan boş hücre geometrlernn üst görünüşler çn geometrk blgler Şekl 4 de verlmştr.

6 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 699 (a) Kare geometrl an kest genşlemes (b) 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes () ön görünüş () üst görünüş (c) 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes d) 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes

7 700 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA () ön görünüş () üst görünüş (e) 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes Şekl 4. Farklı tp kest genşlemesne sahp boş hücrelern geometrk detayları Fgure 4. Geometrc detals of empty cells havng dfferent types of secton expanson Değşken Parametreler (Varable Parameters) Bu çalışmada, değşken parametre olarak farklı tp geometrde boş hücreler ve farklı yükseklktek anemostat tp dfüzörler çalışılmıştır. Anemostat tp dfüzör geometrs; düz (h = 0 mm) ve pramt (h = 30, 60 mm) olarak belrlenmştr. Farklı tp boş hücre de beş farklı geometry (kare geometrl an kest genşlemes, 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes) fade etmektedr. Sayısal Modelleme (Numercal Modelng) Yapılan sayısal çalışmada, oluşturulan geometrlern akış analzler ANSYS 18.1 programında gerçekleştrlmştr. Havanın boş hücreye grdğ 600 mm x 600 mm lk kest çn mass-flow-nlet (kütlesel deb grş), havanın boş hücrey terk ettğ 1200 mm x 1200 mm lk çıkış kesd çn pressureoutlet (basınç çıkışı) ve dğer tüm yüzeyler çn wall (duvar) sınır şartı tanımlanmıştır. Mass-flow-nlet (kütlesel deb grş) sınır şartı verlen grş kestndek kütlesel deb kg/s, pressure-outlet (basınç çıkışı) sınır şartı verlen çıkış kestndek gösterge basıncı 700 Pa, wall (duvar) sınır şartı verlen yüzeylerdek cdar pürüzlülüğü mm olarak alınmıştır. Klma kanal ve dfüzör malzemelernn yüzey pürüzlülükler ölçülmemş olup, haddelenmş yüzeyler çn lgl kaynaklarda belrtlen pürüzlülük değerlernden ortalama yaklaşık değer kabul edlmştr (Bağcı, 1998). Sayısal çözümü ağ yapısından bağımsızlaştırma çalışması yapılmıştır. Bunun çn ağ elemanı boyutu anemostat tp dfüzör cdarlarında maksmum 3 mm, boş hücrenn gerye kalan kısmında beş farklı boyutta analzler gerçekleştrlmştr. Ağ yapısından bağımsızlaştırma çalışması yapılan analzler, kare geometrl an kest genşlemesne sahp boş hücre çersnde 80 kanat açısında düz (h=0) anemostat tp dfüzör kullanılarak gerçekleştrlmş ve bu analzlerden elde edlen basınç düşümü değerler Çzelge 1 de verlmştr. Çzelge 1 ncelendğnde maksmum hacm elemanı boyutlarının 10mm, 15mm ve 20mm olduğu analzlerden elde edlen basınç düşümü değerlernn brbrlerne çok yakın değerler olduğu görülmektedr. 20mm den daha düşük hacm elemanı boyutlarındak analzlerde basınç düşümünün neredeyse değşmedğ tespt edlmştr. Bundan sonra yapılan analzlerde ağ elemanı boyutu anemostat tp dfüzör cdarlarında maksmum 3 mm, boş hücrenn gerye kalan kısmında maksmum 20 mm olarak belrlenmş (ağ yapısı ortalama eleman sayısı 5,500,000), türbülans model olarak standart k-ε model seçlmştr (Kaya ve dğ., 2017). Türbülans çözücü ve ağ yapısını belrlemede; lteratürde V profll br dfüzör çn yapılan deneysel br çalışma alınmış, test bölges ANSYS de modellenerek elde edlen sonuçlar karşılaştırılmıştır (Çzelge 2 ve Şekl 5), (Taçgün, 2016). Bu çalışmada kullanılan geometr ve ağ yapısı se Şekl 6 da verlmştr.

8 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 701 Çzelge 1. Kare geometrl an kest genşlemesne sahp boş hücrede farklı eleman boyutlarında oluşan basınç düşümü Table 1. Pressure drop at dfferent element szes n empty cell havng sudden cross secton expanson wth square geometry Maksmum Hacm Elemanı Boyutu [mm] Anemostad Maksmum Yüzey Elemanı Boyutu [mm] Eleman Sayısı Maksmum Çarpıklık Mnmum Ortogonal Kalte Statk Basınç Düşümü, P [Pa] ,666, ,875, ,579, ,873, * Analzler 80 kanat açısında düz (h=0) anemostat tp dfüzör kullanılarak gerçekleştrlmştr. Ağ yapısındak hücrelern kaltes (ortogonal kalte, çarpıklık), sayısal çözümün doğruluğu üzernde öneml br etkye sahptr. Ortogonal kalte (Orthogonal qualty), hücre çarpıklığı ve hücre ağırlık merkeznden hücrenn her yüzüne olan vektörler, karşılık gelen yüzey alanı vektörü ve hücre ağırlık merkeznden btşk hücrelern her brnn ağırlık merkezlerne olan vektörler kullanılarak hücreler çn hesaplanır. En kötü hücreler 0 a daha yakın, en y hücreler de 1 e daha yakın br ortogonal kalteye sahp olacaktır. Tüm hücre tpler çn mnmum ortogonal kalte 0.01 den daha fazla olmalı ve ortalama değer se bu değerden öneml ölçüde daha yüksek olmalıdır. Çarpıklık (Skewness), hücrenn şekl le eşdeğer hacml eşkenar br hücrenn şekl arasındak fark olarak tanımlanır. Çok eğml (çarpık) hücreler doğruluğu azaltablr ve çözümü stkrarsızlaştırablr. Örneğn, en uygun dörtgen gözenekler 90 dereceye yakın köşe açılarına sahpken, üçgen kafesler terchen 60 dereceye yakın açılara sahp olmalı ve 90 dereceden daha az açılara sahp olmalıdır. Genel br kural, çoğu akışta üçgen/dörtyüzlü ağ çn maksmum çarpıklığın 0.95 n altında tutulması gerektğ ve ortalama değern se bu değerden öneml ölçüde daha düşük olması gerektğdr (Ansys Fluent User s Gude). Bu çalışmada yapılan analzler çn oluşturulan ağ yapıları çersnde en düşük ortogonal kalte değer 0.17, en düşük ortalama ortogonal kalte değer 0.76, en yüksek çarpıklık değer 0.83 ve en yüksek ortalama çarpıklık değer 0.23 olarak tespt edlmştr. Bu değerlern yukarıda verlen kabul edleblr aralıklar çersnde olduğu görülmektedr. Hız [m/s] Çzelge 2. V Dfüzördek basınç düşümünün deneysel ve sayısal karşılaştırılması Table 2. Expermental and numercal comparson of pressure drop n V dffuser Deneysel Çalışma (Taçgün, 2016) Sayısal Çalışma (Bu çalışma) Grş Basıncı P [Pa] G Çıkış Basıncı P [Pa] Ç Grş Basınç Düşümü Basıncı P P G PÇ [Pa] P G [Pa] Çıkış Basıncı P [Pa] Ç Basınç Düşümü P P G P [Pa] Ç

9 702 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA Şekl 5. V Dfüzördek basınç düşümünün deneysel ve sayısal karşılaştırılması Fgure 5. Expermental and numercal comparson of pressure drop n V dffuser Şekl 6. Sayısal analzde kullanılan ağ yapısı Fgure 6. Mesh structure used n numercal analyss Sıkıştırılamaz br akışkanın zaman bağımlı hareket, kartezyen koordnatlarda Naver-Stokes denklemler (Denklem 1) ve sürekllk denklem (Denklem 2) le fade edlmektedr. Bu denklemlerde, hız ve basınç büyüklükler zaman ortalamalı ve çalkantı termler cnsnden yazıldığında, zaman ortalamalı denklemler Reynolds ortalamalı Naver-Stokes denklemler (Denklem 3) olarak elde edlmektedr. Bu denklemlerde yer alan çalkantı termlernn hesaplanmasına yönelk olarak çok sayıda türbülans model gelştrlmştr (Özmen, 2006). ( u u u ) ( j ) P t x x x j j u x j u x j F (1) Atalet kuvvetler = basınç kuvvet + sürtünme kuvvet + kütlesel kuvvetler u t x 0 (2)

10 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 703 ( u u u ) ( j ) P t x x j x j u x j u x j uu j F (3) Standart k-ε türbülans model: : İk denkleml türbülans modeller arasında ekonomklğ ve pek çok akış olayında kabul edleblr doğrulukta sonuç vermes açısından yaygın olarak kullanılan yarı amprk br modeldr. Türbülans knetk enerjs (k) ve türbülans knetk enerjnn dağılımı (ε) çn yazılan k adet transport denklemnn çözümü ve türbülans vskoztesnn ( ) hesabını çerr. Kaldırma kuvvetler etks hmal edldğnde, bu transport denklemler k ve ε çn sırası le Denklem 4 ve Denklem 5 de verlen şeklde yazılablr (Şmşek, 2011). t ( k ) ( ku ) ut k Gk t x x j k x j 2 ( ) ( u ) u t C1 Gk C2 t x x j x j k k (4) (5) Standart k-ε türbülans modelnn sabtler aşağıda belrtlen değerlere sahptr (Ansys Fluent 14.0 Theory Gude, 2011). C , C2 1.92, C 0.09, k 1.0, 1.3 BULGULAR VE ANALİZ (RESULTS AND ANALYSIS) ANSYS programında gerçekleştrlen analzler sonucunda, beş farklı boş hücre geometrsnde 80 kanat açısına sahp düz ve pramt şekll anemostat tp dfüzör çn elde edlen basınç düşümü Çzelge 3 de verlmştr. Sayısal analzler sonucunda grş kestnden elde edlen statk basınç değernden ( P ), çıkış kestnden elde edlen statk basınç değernn ( P ) farkı alınarak basınç düşümü ( P P G P ) hesaplanmıştır. Çzelge 3. Beş farklı boş hücre geometrs çn 80 kanat açısına sahp üç farklı anemostat yükseklğnde oluşan basınç düşümü Table 3. Pressure drop at three dfferent anemostat heghts havng 80 wng angle for fve dfferent empty cell geometres Boş Hücre Kest Genşlemes Ç Düz Anemostat h = 0 mm Statk Basınç Düşümü, P [Pa] Pramt anemostat h = 30 mm G Ç Pramt anemostat h = 60 mm Kare geometrl an k yandan kesk geometrl dört yandan kesk geometrl k yandan kesk geometrl dört yandan kesk geometrl Şekl 7 de beş farklı tp kest genşlemesne sahp boş hücre geometrs çn farklı dfüzör yükseklklerndek basınç kayıpları verlmştr. Tüm geometr yapılarında dfüzör yükseklğnn artmasıyla akışa olan drenç azaldığından basınç düşümü azalmıştır. Boş hücre geometrs olarak ncelendğnde 80 kanat açısına sahp anemostat tp dfüzörlü 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücrede en düşük basınç kayıpları elde edlmştr. Pramt yükseklğnn

11 704 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA artmasıyla hava akışı dfüzör çnden daha kolay olmakta, bu se basınç düşümünün azalmasına sebep olmaktadır. Şekl 7. Beş farklı boş hücre geometrs çn 80 kanat açısına sahp ve üç farklı anemostat yükseklğnde oluşan basınç düşümü Fgure 7. Pressure drop at three dfferent anemostat heghts and 80 wng angle for fve dfferent empty cell geometres Şekl 8 de 45 dört yandan kesk geometrl boş hücre ve 15 dört yandan kesk geometrl boş hücre çn 80 kanat açıklığına sahp ve üç farklı yükseklktek (h = 0, 30, 60 mm) anemostat tp dfüzör geometrsnn oluşturduğu akış çzgler gösterlmştr. Bu akış çzgler ncelendğnde 80 kanat açısındak düz şekll anemostat tp dfüzör kullanıldığında, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücredek akış çzglernn daha düzgün olduğu ve grş kestne daha yakın br bölgede düzgün dağılımın elde edldğ görülmektedr. Çzelge 4 de beş farklı tp boş hücre geometrsnde ve 80 kanat açısındak üç farklı yükseklğe sahp anemostat tp dfüzör çn, homojen akışın oluştuğu mesafeler (bu mesafe kest genşlemesnn başlandığı noktadan olan uzaklığı fade etmektedr) verlmştr. Kest genşlemesnde 45 dört yandan kesk geometrl boş hücrede hem daha düşük basınç düşümü elde edlmş hem de 0 mm ve 30 mm yükseklktek dfüzör çn daha kısa mesafede homojen br hız dağılımı elde edlmştr. 80 kanat açılı 45 dört yandan kesk geometrl boş hücre - Düz anemostat (h=0 mm)

12 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes kanat açılı 15 dört yandan kesk geometrl boş hücre - Düz anemostat (h=0 mm) 80 kanat açılı 45 dört yandan kesk geometrl boş hücre - Pramt anemostat (h=30 mm) 80 kanat açılı 15 dört yandan kesk geometrl boş hücre - Pramt anemostat (h=30 mm )

13 706 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA 80 kanat açılı 45 dört yandan kesk geometrl boş hücre - Pramt anemostat (h=60 mm) 80 kanat açılı 15 dört yandan kesk geometrl boş hücre - Pramt anemostat (h=60 mm) Şekl kanat açılı düz ve pramt şekll anemostat tp dfüzör çn farklı geometrl boş hücrelerde oluşan akış çzgler Fgure 8. Stream lnes n empty cells wth dfferent geometry for 80 wng angle flat and pyramd shaped anemostat type dffuser Boş hücrelerde akışın daha kısa mesafede homojen dağılımını sağlayarak hücre boyunun azaltılması hedeflenen çalışmalar çn, bu değern y br sonuç verdğ değerlendrleblr. Boş hücrelern küçültülmes le klma santralnn hem yatırım malyetnn azaltılması hem de kapladığı alandan tasarruf sağlanması hedeflenmektedr. Çzelge kanat açılı anemostat tp dfüzörlü boş hücre geometrlernde belrlenen homojen akış mesafeler Table 4. Homogeneous flow dstances n empty cell geometres wth 80 wng angle anemostat type dffuser Boş Hücre Kest Genşlemes Düz Anemostat h = 0 mm Tahmn Homojen Akış Mesafes [m] Pramt anemostat h = 30 mm Pramt anemostat h = 60 mm Kare geometrl an k yandan kesk geometrl dört yandan kesk geometrl k yandan kesk geometrl dört yandan kesk geometrl Çzelge 4 de grş kestnden sonra en kısa mesafede oluşan homojen bölge 80 kanat açılı düz (h = 0) ve pramt (h = 30 mm) anemostat tpl 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücrelerde gerçekleşmektedr. Kest genşlemes 45 dört yandan kesk geometrl olan boş hücrede 80

14 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 707 kanat açılı düz (h = 0) ve pramt (h = 30 mm) anemostat tp dfüzörlern kullanılmasıyla, klma santralnn hem yatırım malyetnn hem de kapladığı alanın azalacağı görülmektedr. (a) Kest genşlemes başlangıcından 1 metre mesafe sonrası - Düz anemostat (h=0 mm) (b) Kest genşlemes başlangıcından 2 metre mesafe sonrası - Düz anemostat (h=0 mm) (c) Kest genşlemes başlangıcından 1 metre mesafe sonrası - Pramt anemostat (h=30 mm)

15 708 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA (d) Kest genşlemes başlangıcından 2 metre mesafe sonrası - Pramt anemostat (h=30 mm) (e) Kest genşlemes başlangıcından 1 metre mesafe sonrası - Pramt anemostat (h=60 mm) (f) Kest genşlemes başlangıcından 2 metre mesafe sonrası - Pramt anemostat (h=60 mm) Şekl kanat açılı anemostat tp dfüzörlü 45 dört yandan kesk geometrl boş hücrede farklı kestlerde oluşan hız dağılımları Fgure 9. Velocty contours at dfferent sectons n empty cell wth 80 wng angle anemostat type dffuser wth 45 four sded cut-off geometry Şekl 9 da 80 kanat açılı düz ve pramt (h = 0, 30, 60 mm) şekll anemostat tp dfüzözlü 45 dört yandan kesk geometrl boş hücre le yapılan sayısal analzn kest genşlemes başlangıcından tbaren brnc metredek ve knc metredek hız dağılımları verlmştr. Şekl 9 ncelendğnde h=0 ve 30 mm pramt yükseklklerndek anemostat tp dfüzörlerde knc metreden tbaren hız dağılımının düzeldğ görülmektedr.

16 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 709 SONUÇLAR (CONCLUSION) Bu çalışmada; beş farklı boş hücre geometrsnde (kare geometrl an kest genşlemes, 45 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 k yandan kesk geometrl kest genşlemes, 15 dört yandan kesk geometrl kest genşlemes) 80 kanat açısına sahp düz anemostat tp ve pramt anemostat tp dfüzörlern basınç düşümüne ve hız dağılımına etkler sayısal olarak ncelenmş ve aşağıda verlen sonuçlara ulaşılmıştır; 1. Pramt yükseklğnn artmasıyla basınç düşümünün azaldığı tespt edlmştr dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücrede, h=0 mm ve 30 mm dfüzör pramt yükseklklernde en az basınç düşümü elde edlmştr. 3. Boş hücre geometrler ncelendğnde, 45 dört yandan kesk geometrl kest genşlemesne sahp boş hücre ve 80 kanat açılı h=0 ve 30 mm pramt yükseklklerndek anemostat tp dfüzörlerde akış çzglernn daha düzgün olduğu ve homojen hız dağılımının kest genşlemes başlangıcına en yakın mesafede olduğu görülmüştür. SEMBOLLER (NOMENCLATURE) C 1,C F 2 : türbülans model sabtlern, : kuvvet [N], G k : türbülans knetk enerjs üretmn [kg/(m.s 3 )], k : türbülans knetk enerjsn [m 2 /s 2 ], P : basıncı [N/m 2 veya Pa], P Ç P t u u x G : çıkış kestndek statk basıncı [Pa], : grş kestndek statk basıncı [Pa], : zamanı [s], : yatay doğrultudak hız bleşenn [m/s], : yatay doğrultudak ortalama hız bleşenn [m/s], : yatay koordnatı [m], Yunan Harfler (Greek Letters) : dfüzör kanat açısını [ ], : dnamk vskoztey [kg/(m.s)], t : türbülans vskoztesn [kg/(m.s)], : türbülans knetk enerjnn dağılımı [m 2 /s 3 ], : yoğunluğu, [kg/m 3 ] k P : k çn türbülanslı Prandtl sayısını, : çn türbülanslı Prandtl sayısını, : basınç düşümünü [Pa] fade etmektedr. KATKI BELİRTME (ACKNOWLEDGMENT) Bu çalışma; KSÜ Rektörlüğü Blmsel Araştırma Projeler Brm tarafından 2017/4-32M nolu proje le desteklenmştr.

17 710 M. S. KAMER, K. SÖNMEZ, A. KAYA KAYNAKLAR (REFERENCES) Ansys Fluent 14.0 Theory Gude, 2011, Ansys Inc., URL (Erşm tarh: ). Ansys Fluent User s Gude, Release 18.1, Ansys Inc. Abantoa, J., Barreroa, D., Reggoa, M., Ozella, B., 2004, Arflow Modellng n A Computer Room, Buldng and Envronment, Vol. 39, pp Bağcı, M., 1998, Teknk Resm, Brsen Yayınev Lmted Şrket, ISBN: X, İstanbul, 286s. Bayramgl, V., Bayrak, S., Yükselen, M.A., Erm, M. Z., Expermental Investgaton of A Dffuser For Coolng And Ar Condtonng System, 21st Congress of the Internatonal Councl of the Aeronautcal Scences, Vctora, AUSTRALIA, Eylül Blge, M., 2010, Klma Santraller, ISKAV Teknk Ktaplar Dzs, No: 01, İstanbul, pp Bulut, S., Ünveren, M., Arısoy, A, Böke, Y. E., CFD Analz Yöntemyle Klma Santrallernde İç Kayıpların Azaltılması, T.M.M.O.B., X. Ulusal Tessat Mühendslğ Kongres ve Sergs, İzmr, TÜRKİYE, pp , Nsan Guo, B.Y., Hou, Q.F., Yu, A.B., L, L.F., Guo, J., 2013, Numercal Modellng of The Gas Flow Through Perforated Plates, Chemcal Engneerng Research and Desgn, Vol. 91, pp HVAC Systems Duct Desgn, 2006, Fourth Edton, Chapter 6, SMACNA. Kaya, A., Kamer, M.S., Sönmez, K., Klma Santrallerndek Boş Hücreler İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörün Akış Üzerndek Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes, 21. Ulusal Isı Blm ve Teknğ Kongres, pp , Çorum, TÜRKİYE, Eylül Nou-Mehd, M.N., Wu J., Sutalo, I.D., Granger, C., 2005, Velocty Dstrbuton Downstream of An Asymmetrc Wde-angle Dffuser, Expermental Thermal and Flud Scence, Vol. 29, pp Özmen, Y., 2006, Farklı Çatı Tpler ve Eğmlerndek Bnalar Üzernde Rüzgar Etklernn Deneysel ve Teork İncelenmes, Doktora Tez, Karadenz Teknk Ünverstes, Fen Blmler Ensttüsü, Trabzon, 191s. Şahn, B., 1989, Pressure Losses n An İsolated Perforated Plate And Jets Emergng From The Perforated Plate, Internatonal Journal of Mechancal Scence, Vol. 31, pp Şahn, B., Ward-Smth A.J., 1987, The Use Of Perforated Plates To Control The Flow Emergng From A Wde-Angle Dffuser, Wth Applcaton To Electrostatc Precptator Desgn, Heat and Mass Transfer, Vol. 8, pp Şahn, B., Ward-Smth A.J., 1990, Effect of Perforated Plates On Wde-angle Dffuser-ext Velocty Profles, Journal of Wnd EngnEerng and Industral Aerodynamcs, Vol. 34, pp Şahn, B., Ward-Smth A.J., 1991, Flow Control by Perforated Plates Usng A Blankng Technque n Wde-angle Dffusers Employed n Practcal Electrostatc Precptator Systems, Journal of Wnd Engnerng and Industral Aerodynamcs, Vol. 37, pp Şahn, B., Ward-Smth A.J., 1993, The Pressure Dstrbuton n And Flow Characterstcs of Wde-angle Dffusers Usng Perforated Plates for Flow Control Wth Applcaton to Electrostatc Precptators, Internatonal Journal of Mechancal Scence, Vol. 35, pp Şahn, B., Ward-Smth A.J., Lane D., 1995, The Pressure Drop And Flow Characterstcs Of Wde-Angle Screened Dffusers Of Large Area Rato, Journal of Wnd Engneerng and Industral Aerodynamcs, Vol. 58, pp Şmşek, O., 2011, Eğrsel Genş Başlıklı Savak Üzernden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teork Analz, Yüksek Lsans Tez, Çukurova Ünverstes, Fen Blmler Ensttüsü, Adana, 93s. Taçgün, E., 2016, Klma Santrallernde Kullanılan V Profl Delkl Dfüzörlü Hücrenn Akış Performansının Sayısal ve Deneysel Olarak İncelenmes, Yüksek Lsans Tez, İnönü Ünverstes, Fen Blmler Ensttüsü, Malatya, 191s.

18 Farklı Kest Genşlemel Geometrlern Klma Santraller İçn Tasarlanan Br Anemostat Tp Dfüzörlü Boş Hücredek Akışa Etksnn Sayısal Olarak İncelenmes 711 Tanyol, İ., Klma Santrallernde Enerj Tasarrufu ve CFD Analz İle İç Drençlern Azaltılması, I. Ulusal İklmlendrme Soğutma Eğtm Sempozyumu, Çağrılı Konuşma, Balıkesr, TÜRKİYE, Eylül Yğt, Ş., Sungurlu, C., Çuhadaroğlu, B., HVAC Sstemlernde Kullanılablecek Yen Tp Br Dfüzör İçn Performans İncelemes, 11. Ulusal Tessat Mühendslğ Kongres, İzmr, TÜRKİYE, pp , Nsan Zhang, T., Lee, K.S., Chen, Q., 2009, A Smplfed Approach to Descrbe Complex Dffusers n Dsplacement Ventlaton for CFD Smulatons, Indoor Ar, Vol. 19, No. 3, pp