KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ Ahmet KAYA Muhammed Safa KAMER Kerim SÖNMEZ Ahmet Vakkas VAKKASOĞLU Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü 4. Uluslararası Katılımlı Anadolu Enerji Sempozyumu 18-20 Nisan 2018
Sunum İçeriği 1. GİRİŞ 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 3. MATERYAL ve METOD 4. BULGULAR ve ANALİZ 5. SONUÇLAR
1. GİRİŞ 1.1 Klima Santralleri Bir klima santrali, havanın hareketlendirilmesi, temizlenmesi, ısıtılması, soğutulması, nemlendirilmesi ve kurutulması (neminin alınması) için gereken farklı ünitelerden oluşur. Bu üniteler, hava karışım odası, nemlendirici, filtreler, damla tutucu, ön ısıtıcı, son ısıtıcı, soğutucu, fanlar ve susturucu elemanları şeklindedir.
Klima Santrallerinin Sınıflandırılması Klima santralleri, merkezi klima santralleri ve bireysel klima santralleri olarak iki ana başlık altında incelenmektedir. Binaların kullanım amaçları, bulundukları bölge ve bölgeye bağlı olarak dış hava şartları değişkenlik göstermektedir Klima Santralleri Bireysel Klima Santralleri Merkezi Klima Santralleri Paket Tipi Üniteler Split Cihazlar Tam Havalı Sistemler İki Borulu Fancoil ve Panel Sistemleri Dört Borulu Fancoil ve Panel Sistemleri Kanallı Split Cihazlar Tek Zonlu Havalı Sistemler Çok Zonlu Sulu Sistemler Tam Sulu
Klima Santrallerinde Kullanılan Boş Hücre Merkezi klima santrallerinde fan hücresinden sisteme alınan hava, susturucuyla temas etmeden önce boş bir hücreden geçirilmektedir. Bu boş hücrenin konulmasının amacı, havanın sonraki hücrelere daha iyi yayılmasını sağlamaktır
Klima santrallerinde emiş ve/veya üfleme fanlarının çıkış noktasındaki hava akış hızları minimum 8-10 m/s aralığında olmaktadır. Tam gelişmiş türbülanslı akıştaki hız dağılımının oluşabilmesi için % 100 efektif kanal uzunluğuna ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kanal uzunluğu, fan çark çapının yaklaşık 3.5-3.7 katı uzunluğunda olan ek bir üfleme kanalına ihtiyaç duyulmaktadır
Difüzör Çeşitleri Difüzörler genel anlamıyla akışı yönlendirmek için kullanılmaktadır. Difüzörler arıtma tesislerinde ve iklimlendirme uygulamalarında akış hızını ayarlamak için kullanılmaktadır. Türbülanslı difüzör, dört yönlü difüzör, lineer (slot) difüzör, swirl (girdap) difüzör ve konfor difüzörü gibi farklı amaçlarda kullanılan difüzörler mevcuttur.
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
3. MATERYAL ve METOD Anemostat tipi geometriye sahip difüzörlü boş hücre için sayısal analizler ANSYS Fluent programında gerçekleştirilmiştir. Analizler düz anemostat ve piramit anemostat olmak üzere beş farklı anemostat geometrisi (h = 0, 30,60, 90 ve 120 mm) ve 60, 80, 100, 120 ve 140 olacak şekilde beş farklı kanat açısı belirlenerek gerçekleştirilmiştir. Bu parametrelerin basınç düşüşüne ve difüzör çıkışındaki hız dağılımına olan etkileri incelenmiştir. (a) Düz Anemostat (h=0) (b) Piramit Anemostat (h = 30, 60, 90, 120 mm Anemostat tipi difüzörlü boş hücrenin geometrik detayları
Anemostat Tipi Difüzörlü Boş Hücre Sayısal analizlerde düz anemostat tipi ve piramit anemostat tipi geometriye sahip difüzörlü boş hücre ayrı ayrı incelenmiş olup, her iki tipteki geometri için beş farklı kanat açısında analizler gerçekleştirilmiştir. Giriş kesitinden görünüş Çıkış kesitinden görünüş
Yapılan çalışmada boş hücre kesiti 1200 mm x 1200 mm, hücre derinliği 5000 mm olarak alınmıştır. Boş hücreye havanın girdiği kesit 600 mm x 600 mm genişliğindedir. Difüzörün giriş kesiti, 600 mm x 600 mm lik kesit alanından 1200 mm x 1200 mm lik kesit alanına geçiş noktasından çıkışa doğru 10 mm ileride olacak şekilde monte edilmiştir. Difüzörün çıkış kesiti 1200 mm x 1200 mm lik boş hücre kesitine ortalanacak şekilde tasarım yapılmıştır. Anemostat tipi difüzör 10 kanattan oluşmaktadır. Girişten 10 mm sonraya yerleştirilen difüzörde her bir kanat uzunluğu 30 mm olarak alınmıştır.
Değişken Parametreler Bu çalışmada, anemostat tipi difüzörün piramit yüksekliği (h) ve kanat açısı (α) olarak iki farklı parametre belirlenmiştir. Piramit yüksekliği (h), anemostat tipi difüzörün merkezinden yüksekliğidir (h = 0, 30, 60, 90 ve 120 mm). Kanat açısı (α) anemostat tipi difüzörün merkezinden dışa doğru iki kanat arasındaki açıdır (α = 60, 80, 100, 120 ve 140 ). Düz Anemostat Piramit Anemostat
Sayısal Modelleme ANSYS-Fluent programında tanımlanan problem için sınır koşulları ve özellikler aşağıdaki tablolarda verilmiştir. Girilen Özellikler Literatürden Alınmıştır (Taçgün, 2016) Parametreler Girilen özellikleri Parametreler Tanımlanan Sınır Koşulları Giriş ortalama hız değeri (velocity-inlet) 8.2 m/s Çıkış Basıncı (pressure-outlet) 700 Pa Hava Giriş Kesiti (600mmx600m m) velocity-inlet Boş Hücre Duvarının Yüzey Pürüzlülüğü (Wall) 0.0032 Hava Çıkış Kesiti (1200mmx1200 mm) Boş Hücrenin Duvarları pressure-outlet wall Akışkan türü ve Boş Hücre Malzemesi Seçilen Türbülans Modeli Akış Türü Hava (Air) / Alüminyum(Aluminum) Standart k-ε Zaman Bağımsız (Steady)
Taçgün E, «Klima Santrallerinde Kullanılan V Profil Delikli Difüzörlü Hücrenin Akış Performansının Sayısal Ve Deneysel Olarak İncelenmesi», Yüksek Lisans Tezi, İnönün Ünv. Fen Bilimleri Enstitiüsü, 2016 (Danışman: Prof.Dr. Suat Canbazoğlu)
Ağ elemanı boyutu anemostat tipi difüzör cidarlarında çok sık, kanalın diğer kısımlarında biraz daha seyrek olarak kullanılmıştır. (Yaklaşık 5.5 milyon hücre mevcuttur.) Sayısal analizde kullanılan ağ yapısı
4. BULGULAR ve ANALİZ Her iki difüzör tipinde de kanat açısının artmasıyla akışa olan direnç daha da arttığından statik basınç düşümü artmıştır. Düz ve piramit şekilli anemostat tipi difüzör için farklı kanat açılarında oluşan basınç düşümü Kanat Açısı Statik Basınç Düşümü, P (Pa) α Düz Anemostat Piramit Anemostat h = 0 h = 30 mm h = 60 mm h = 90 mm h = 120 mm 60 26.9855 20.3702 15.2124 11.88 8.4464 80 151.6699 105.3016 92.979 45.2098 41.55 100 390.4046 274.379 205.7326 148.3764 126.59 120 821.7086 596.1734 445.2199 347.6925 247.2004 140 1832.2718 1278.9556 836.7641 630.0822 474.6591 Düz Anemostat
Statik Basınç Düşümü, P (Pa) En küçük kanat açılı profilde akışa gösterilen direnç azaldığı için en düşük basınç düşümüne sebep olmuştur. Düz ve piramit şekilli anemostat tipi (h = 0, 30, 60, 90 ve 120 mm) difüzörler için yapılan sayısal analizlerden elde edilen statik basınç düşümü değerleri incelendiğinde; anemostat tipi difüzörün piramit yüksekliğinin (h) artması basınç kayıpları açısından daha iyi sonuç vermiştir. 2000 1800 1600 1400 Düz Anemostat (h=0) Piramit Anemostat (h=60mm) Piramit Anemostat (h=30mm) Piramit Anemostat (h=90mm) 1200 1000 Piramit Anemostat (h=120mm) 800 600 400 200 0 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Kanat Açısı, α ( ) Düz ve piramit şekilli anemostat tipi difüzör için farklı kanat açılarında oluşan basınç düşümü
Düz ve piramit şekilli (h = 0, 30, 60, 90, 120 mm) anemostat tipi difüzörde 80 o ve 120 o kanat açıları için akış çizgileri gösterilmiştir. Bu akış çizgileri incelendiğinde piramit şekilli anemostat tipi difüzör için h=30 mm piramit yüksekliğindeki ve 80 kanat açısındaki akış çizgileri dağılımının daha düzgün olduğu ve giriş kesitine daha yakın bir bölgede düzgün dağılımın elde edildiği görülmektedir. Kanat Açısı=80 - Düz Anemostat (h=0) Kanat Açısı=120 - Düz Anemostat (h=0) Kanat Açısı=80 - Piramit Anemostat (h=30mm) Kanat Açısı=120 - Piramit Anemostat (h=30mm)
Kanat Açısı=80 - Piramit Anemostat (h=60mm) Kanat Açısı=120 - Piramit Anemostat (h=60mm) Kanat Açısı=80 - Piramit Anemostat (h=90mm) Kanat Açısı=120 - Piramit Anemostat (h=90mm)
Kanat Açısı=80 - Piramit Anemostat (h=120mm) Kanat Açısı=120 - Piramit Anemostat (h=120mm) Düz ve piramit şekilli anemostat tipi difüzör için farklı kanat açılarında oluşan akış çizgileri
En az basınç düşümüne h=120 mm piramit yüksekliğindeki ve 60 kanat açısındaki piramit anemostat şekilli difüzörde rastlanılmışsa da akışın daha kısa mesafede homojen dağılım gösterdiği durum daha önemli bulunmuştur. Boş hücrelerde, akışın homojen dağılımını sağlayarak hücre boyunun azaltılmasının hedeflendiği çalışmalar için bu değerin iyi bir sonuç verdiği düşünülebilir. Boş hücrelerin küçültülmesi ile hem kurulum maliyetinin azaltılması hem de klima santralinin kapladığı alandan tasarruf sağlanması hedeflenmektedir.
Şekiller incelendiğinde piramit şekilli anemostat tipi difüzör için h=30 mm piramit yüksekliğindeki ve 80 kanat açısındaki sayısal analizin giriş kesitinden itibaren 1.5 metredeki hız dağılımı, 2.5 metredeki hız dağılımı ve giriş kesiti basınç dağılımı verilmiştir. Giriş kesiti basınç dağılımı Girişten 1,5 metre sonrası hız dağılımı Girişten 2,5 metre sonrası hız dağılımı Piramit şekilli (h=30mm) anemostat tipi difüzörün 80 kanat açısındaki hız ve basınç dağılımları
5. SONUÇLAR Bu çalışmada; düz (h = 0) anemostat tipi ve piramit (h = 30, 60, 90, 120 mm) anemostat tipi geometriye sahip difüzörlerde farklı kanat açılarının (α=60, 80, 100, 120 ve 140 ) basınç düşümüne ve hız dağılımına etkisi sayısal olarak incelenmiş ve aşağıda verilen sonuçlara ulaşılmıştır; 1. Kanat açısının artmasıyla basınç düşümü artmıştır. 2. Piramit yüksekliğinin artmasıyla basınç düşümü azalmıştır. 3. Analizi yapılan tüm kanat açılarında piramit şekilli anemostat tipi geometriye sahip piramit yüksekliği 120 mm olan difüzörde basınç düşümünün daha az olduğu tespit edilmiştir. 4. Yapılan tüm analizler incelendiğinde piramit şekilli anemostat tipi difüzör için h=30 mm piramit yüksekliğindeki ve 80 kanat açısındaki akış çizgileri dağılımının daha düzgün olduğu ve giriş kesitine daha yakın bir bölgede düzgün dağılımın elde edildiği görülmektedir.
TEŞEKKÜRLER