MERKEZKAÇ KOMPRESÖRDE EMME KENARI TASARIM KRİTERLERİ

Benzer belgeler
HİDROLİK MAKİNALAR YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

SANTRİFÜJ KOMPRESÖRDE KAYIPLAR. Saim KOÇAK ÖZET LOSSES IN THE CENTRIFUFAL COMPRESSOR ABSTRACT

Pervane 10. PERVANE TEORİLERİ. P 2 v 2. P 1 v 1. Gemi İlerleme Yönü P 0 = P 2. Geliştirilmiş pervane teorileri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

MADDESEL NOKTANIN EĞRİSEL HAREKETİ

AERODİNAMİK KUVVETLER

AKM 205 BÖLÜM 6 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

BÖLÜM Turbomakinaların Temelleri:

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

YEREL KAYIPLAR. Borudaki yerel fiziki şekil değişimleri akımın yapısını mansaba doğru uzunca bir mesafe etkileyebilir.

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

KAYMALI YATAKLAR. Kaymalı Yataklar. Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Erzurum Teknik Üniversitesi. Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

P u, şekil kayıpları ise kanal şekline bağlı sürtünme katsayısı (k) ve ilgili dinamik basınç değerinden saptanır:

TEMEL ELEKTROT SİSTEMLERİ Eş Merkezli Küresel Elektrot Sistemi

AKIŞ ÖLÇÜMLERİ. Kütlenin korunumu prensibine göre içerisinde üretim olmayan bir sistem için;

VENTURİMETRE DENEYİ 1. GİRİŞ

AERODİNAMİK KUVVETLER

SANTRİFÜJ POMPANIN KANATLI VE KANATSIZ DİFÜZÖRÜNDEKİ AKIŞIN SAYISAL İNCELENMESİ

KATI CİSİMLERİN BAĞIL İVME ANALİZİ:

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

TURBO MAKİNALAR TURBO MAKİNA TERMODİNAMİĞİNİN TEMELLERİ

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

Küre Küre Üzerinde Hesap. Ders Sorumlusu Prof. Dr. Mualla YALÇINKAYA 2018

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON

ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ

Bölüm 2: Akışkanların özellikleri. Doç. Dr. Tahsin Engin Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

Gaz Türbinli Uçak Motorları

5. SANTRİFÜJ POMPALARDA TEORİK ESASLAR

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

TEMEL ELEKTROT SİSTEMLERİ Silindirsel Elektrot Sistemi

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

Harita Projeksiyonları

Orifis, Nozul ve Venturi Tip Akışölçerler

olduğundan A ve B sabitleri sınır koşullarından

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

ATIK SULARIN TERFİSİ VE TERFİ MERKEZİ

5. SANTRİFÜJ POMPALARDA TEORİK ESASLAR

Bölüm 8: Borularda sürtünmeli Akış

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

DİNAMİK. Ders_9. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

POMPALAR FLYGT SUMAK FLYGT POMPA

DERS BÖLÜMLERİ VE 14 HAFTALIK DERS KONULARI. Ders Sorumluları: Prof.Dr. Muammer ÖZGÖREN, Yrd. Doç.Dr. Faruk KÖSE

GÜÇ-TORK. KW-KVA İlişkisi POMPA MOTOR GÜCÜ

SANTRİFÜJ POMPA DENEYİ

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

YATAY KURBLAR. Yatay Kurplarda Kaza Oranı

ARAZİ ÖLÇMELERİ Z P. O α X P. α = yatay açı. ω = düşey açı. µ =eğim açısı. ω + µ = 100 g

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ÜÇ KADEMELİ DALGIÇ POMPALARIN PERFORMANS EĞRİLERİNİN İNCELENMESİ

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI ISIL IŞINIM ÜNİTESİ

2.5 Boru Sistemleri Seri Bağlı Borular

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ LABORATUARI

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

GERİLME ANALİZİ VE MOHR ÇEMBERİ MUKAVEMET

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

1. AMAÇ Işınımla ısı transferi olayının tanıtılması, Stefan-Boltzman kanunun ve ters kare kanunun gösterilmesi.

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

SORULAR VE ÇÖZÜMLER. Adı- Soyadı : Fakülte No :

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Akışkanların Dinamiği

BAZI İLLER İÇİN GÜNEŞ IŞINIM ŞİDDETİ, GÜNEŞLENME SÜRESİ VE BERRAKLIK İNDEKSİNİN YENİ ÖLÇÜMLER IŞIĞINDA ANALİZİ

Viskoz Sıvıların Santrifüj Pompalarla Basılması: ISO/TR Teknik Raporu Üzerine İnceleme

z z Genel yükleme durumunda, bir Q noktasını üç boyutlu olarak temsil eden kübik gerilme elemanı üzerinde 6 bileşeni

NÖ-A NÖ-B. Adı- Soyadı: Fakülte No:

SÜRTÜNME Buraya kadar olan çalışmalarımızda, birbirleriyle temas halindeki yüzeylerde oluşan kuvvetleri etki ve buna bağlı tepki kuvvetini yüzeye dik

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 DAİRESEL HAREKET Bölüm 2 İŞ, GÜÇ, ENERJİ ve MOMENTUM

VANTİLATÖR DENEYİ. Pitot tüpü ile hız ve debi ölçümü; Vantilatör karakteristiklerinin devir sayısına göre değişimlerinin belirlenmesi

Burulma (Torsion) Amaçlar

FANLARDA GÜRÜLTÜNÜN AZALTILMASI

YRD.DOÇ. DR. CABBAR VEYSEL BAYSAL ELEKTRIK & ELEKTRO NIK Y Ü K. M Ü H.

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

Hareket Kanunları Uygulamaları

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

DİŞLİ ÇARKLAR III: HELİSEL DİŞLİ ÇARKLAR

Akışkan Kinematiği 1

KAYMALI YATAKLAR II: Radyal Kaymalı Yataklar

DEN 322. Pompa Sistemleri Hesapları

Bu bölümde Coulomb yasasının bir sonucu olarak ortaya çıkan Gauss yasasının kullanılmasıyla simetrili yük dağılımlarının elektrik alanlarının çok

Jeodezi

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

AKIġKAN BORUSU ve VANTĠLATÖR DENEYĠ

4.1 denklemine yakından bakalım. Tanımdan α = dω/dt olduğu bilinmektedir (ω açısal hız). O hâlde eğer cisme etki eden tork sıfır ise;

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

3. İzmir Rüzgar Sempozyumu Ekim 2015, İzmir

Gerilme Dönüşümü. Bölüm Hedefleri

FLUID MECHANICS PRESSURE AND MOMENTUM FORCES A-PRESSURE FORCES. Example

Dik koordinat sisteminde yatay eksen x ekseni (apsis ekseni), düşey eksen ise y ekseni (ordinat ekseni) dir.

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

HAVALANDIRMA DAĞITICI VE TOPLAYICI KANALLARIN HESAPLANMASI

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

Transkript:

PAMUKKALE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİ SLİK FAKÜLTESİ YIL PAMUKKALE UNIVERSITY ENGINEERING COLLEGE CİLT MÜHENDİSLİK B İ L İ MLERİ DERGİSİ SAYI JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES SAYFA : 998 : 4 : 3 : 709-76 MERKEZKAÇ KOMPRESÖRDE EMME KENARI TASARIM KRİTERLERİ Saim KOÇAK Selçuk Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Konya ÖZET Sıkıştırılabilir akışkanla çalışan merkezkaç kompresörde çark tasarımı hakkında genel bir bilgi verilmiş, emme kenarı tasarım kriterleri tanımlanmış, açıların (geliş, ayrılış ve sapma), bağıl dolanım, dönen ayrılma ve Mach sayılarının tasarıma etkileri araştırılmıştır. Emme kenarı minimum bağıl Mach sayısı ile akış açısı arasındaki ilişki incelenmiş ve minimum Mach sayısının akış açısının -68 0 ile -5 0 değerleri olduğu görülmüştür. Tasarıma başlarken akış açısındaki 0 derecelik farkın minimum bağıl Mach sayısına etkisinin % den daha az olduğu gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler : Sıkıştırılabilirlik, Merkezkaç kompresör, Emme kenarı tasarımı DESIGN PARAMETERS OF CENTRIFUGAL COMPRESSOR INDUCER ABSTRACT Design characteristics of centrifugal compressor impellers working with compressible fluids are analyzed, and the design parameters of inducer are defined. The effects of incidence, deviation and deflection angles, relative eddy, rotating stall and Mach number are investigated. The relation between minimum relative Mach number of inducer and flow angle is investigated and it is observed that the minimum Mach number occurs for flow angle values between -68 0 and -5 0. In the design, the effect of a 0 0 difference in flow angle is found to be less than % on minimum relative Mach number. Key Words : Compressibility, Centrifugal compressor, Inducer design. GİRİŞ Eckardt (975), merkezkaç kompresörlerde kritik problemlerden birinin difüzör-çark etkileşmesi olduğunu belirterek, çark ucu çevresel hızının 300 m/s olduğu düşük basınç oranlı kompresör çarkını kanatlı ve kanatsız difüzörle eşleştirerek ölçümler yapmış, çark çıkışında bağıl hız dağılımını deneysel olarak göstermiştir. Eckardt (976), yüksek basınç oranı ile 400 m/s çark ucu hızı ile çalışan çarktaki hızları, doğrultuları ve dalgalanma şiddetlerini ölçmüş, çark girişinden çıkışına kadar beş ölçüm sahasında bağıl hız dağılımını göstermiş ve çark kanalının radyal pozisyonuna kadar potansiyel akış teorisi ile uyum içinde sonuçlar elde etmiştir. Senoo ve ark. (979), ses üstü merkezkaç kompresörün çarkını difüzörsüz bir gövdede test etmiş, bulunan sonuçlar bir boyutlu analiz ve yarı üç boyutlu analizle karşılaştırmış, gövdedeki basıncın değişimine, üst yanaktaki akışın etkisini incelemiş, girişteki bağıl hız ses üstü olduğu zaman kanatlar arası kanalda şok dalgalarını gözlemiş, ama çalışma şartları salınım ve kritik akış bölgesinin arasında 709

olduğu zaman kompresörün verimli bir şekilde çalıştığını bulmuştur. Adler (980), merkezkaç kompresörde viskos akış üzerine yapılmış çalışmaları ve bunlardan alınan sonuçları karşılaştırmalı olarak incelemiş, basınç katsayısının değişimini (emme yüzeyinde ile basınç yüzeyinde meridyenel mesafeye göre) viskos üç boyutlu akış çözümü sonuçlarını deneysel sonuçlar ile karşılaştırmış araştırmacılara önceden yapılmış çalışmalarla irdeleyerek, yönlendirmeler yapmıştır. Hayami ve ark., (985), yüksek basınç oranlı merkezkaç kompresör çarkını tasarım hızının % 70 hızı ile test etmiştir. Emme kenarındaki akış sahasını laser hız ölçeri ile (LFV) ölçmüş, düşük kütle debisinde üst yanaktaki statik basınçta dalgalanmalar, ve emme kenarında ayrılmalar görmüştür. Bunun yanında boğaz ve üst basınç bölgesinde gövdeye çok yakın bölgeler hariç kanatlar yüzeyinde kararlı bir akış gözlemiştir. Krain (98), merkezkaç kompresör çarkı üzerinde yaptığı çalışmada, Schodl (980) tarafından yapılan akış sahası gelişimi için lazer hız ölçeri (LF) ile yaptığı ölçümleri esas almış, kanatlı ve kanatsız difüzörle eşleşen çarkta iç akış modelinin aynı olduğunu görmüş, çark çıkış bölgesinde yapılan ölçümlerde kanatlı veya kanatsız difüzörün iç akışa bir etkisin olmadığını gözlemiştir. Koçak (996), merkezkaç kompresörün ön tasarım hesaplarını yapmış, çark hesaplarında, çıkış şartlarına güç azlığı faktörünün etkisi ve bağıl Mach sayısı üzerine ise emme kenarı geometrisi ve boğulmuş akışın etkisini araştırmış, kanatlı difüzör ile kanatsız difüzörü karşılaştırılarak, bir ön tasarım prosedürü sunmuştur. değerlere sahiptir. α ve β arasındaki fark ayrılış açısıdır (δ) ve genellikle pozitiftir. Şekil de görüldüğü gibi akışkandaki toplam sapma (ε), girişte akış açısı ile çıkışta akış açısı arasındaki farka eşit olduğundan, ε α α ( β ± i ) ( β ± δ) () şeklinde hesaplanır. Kambur Eğrisi δ α β α AYRILIŞ α β -i + GELİŞ Kambur Çizgisine Teğet (Nominal kanat doğrultusu) Şekil. Emme kenarında geliş ve ayrılış açıları Yapılan deneysel çalışmalar, Şekil de görüldüğü gibi, boyutsuz basınç katsayısı [ P/(0.5C )], geliş açısı ve direnme sayısı (ζ w ) ha göre grafik edildiği zaman i 6 dereceye kadar direnme sayısında ve basınç katsayısında değişme çok az olmakta ve düşey eksene paralel gitmektedir. i > 6 dan sonra (ζ w ) ve boyutsuz basınç katsayısı hızla yükselmektedir. Sapma açısı, geliş açısı ve kaldırma sayısı grafik edilirse, aynı şekilde i 6 kadar ζ A ve ε yükselme hızla devam ederken, i > 6 dereceden sonra eğri yataylaşmaktadır. Koçak ve Hamarat (997), turbo / makinalarda iki boyutlu, sürtünmesiz, kararlı,sıkıştırılabilir ve ses altı akış analizi yapılırken uygulanan bir kayıp modelinin Euler denklemleri ile uyuşmazlığı giderilmiş, bağıl hız, bağıl Mach sayısı ve bağıl akış açısı konturları kompresör çarkı iç akış temel teorisi ile uyum içinde olduğunu göstermiştir.. ÇARK TASARIMI HAKKINDA BİLGİLER Girişte kanata göre hızın doğrultusu ile kanat dizisi arasındaki açı, giriş akışkan açısıdır (α ). Akışkan açısı ile geometrik kanat açısı (β ) arasındaki fark negatif veya pozitif işaretli hücum (geliş) açısıdır (i). Çıkışta akışkan açısı (α ) ile kanat açısı (β ) farklı Şekil. Bazı akış parametreleri arasındaki değişimler (Shepherd, 97) Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 70 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

i > 6 dereceden sonra akış parametrelerindeki değişme, kanadın alçak basınç yüzeyinde sınır tabakası kopmaları ve düzensiz hava cepleri oluşmasından dolayı çark dönme hızından daha düşük hızla akış dönmesinden kaynaklanmaktadır. Hücum açısının bu değeri, kanat yüzeyinde ayrılmaların başlangıç değeridir. Burada ayrılma bölgesi kanat dizisine göre döndüğü için buna dönen ayrılma da denir. Kütle debisinin azalmasıyla kanat hücum açısı büyüyeceğinden ayrılmalar başlayacaktır. Ayrılmalar önce bir veya birkaç kanatta görülecek bu kanatlardaki akış engellenecek, kanada doğru gelen akışkan parçacıkların sapmasına yol açacaktır. Bu zaten büyük olan hücum açısını diğer kanatlar için iyice büyütecek ve bu kanatlarda da ayrılmalar başlayacaktır. Şekil 3 de görüldüğü gibi çark ω açısal hızıyla döndüğü zaman -ω doğrultusunda bir bağıl dolanım meydana gelecektir. Bağıl dolanım hızı kanadın ön tarafında akışın aksi yönde, arka tarafta ise aynı yöndedir. Bundan dolayı toplam bağıl hareketin hızını bulmak için bağıl dolanımın yönüne dikkat edilmelidir. Böylece kanadın ön yüzünde toplam hız daha küçük, basınç daha büyük, kanadın arka yüzünde toplam hız daha büyük, basınç daha düşüktür. Şekil 3. Radyal kanaldaki bağıl dolanım (Peterman, 978), (b) Bağıl dolanım hız bileşenleri, (c) Bağıl dolanım oluşumu (Whitfield ve Baines, 990 akışkan kanat arkasından kanat önüne taşınırken, cidarda yavaşlayan akışı sürükleyerek kanat arkasındaki bölgeye gitmeye zorlayacak, böylece kanadın ön yüzündeki hız kanadın arka yüzündeki hızdan daha büyük olacaktır (Dean ve Senoo, 960). 3. EMME KENARI TASARIMI Emme kenarı tasarımı yapılması için, akışkanın çarka girişinin üniform olduğu kabul edilerek, giriş durgun basıncı ve sıcaklığı, girişte akışın yönlendirilip yönlendirilmediği ve kütle debisi bilinmesi gerekmektedir. Emme kenarı tasarımı esnasında iki kavram dikkate alınmalıdır. Birincisi, tasarım noktası (en verimli nokta) göz önünde bulundurulmalı ve gerekli olan kütle debisinin mümkün olabilecek minimum bağıl Mach sayısı M w ile çarka girmesi sağlanmalı, ikincisi ise akış sahası salınım ile kritik akış M olduğu akış arasında olmalıdır. Merkezkaç kompresör çarkının çıkışında ölçümler yapıldığında kanadın ön yüzündeki hızın kanadın arka yüzündeki hızdan daha büyük olduğu görülecektir. Sürtünmeden dolayı emme yüzünde azalan hız en büyük değere kanat kanalının ortasında almaktadır. Çark çıkışında hız dağılımının ikincil akışlardan dolayı bağıl hızı daha yüksek olan Şekil 4. Çark emme kenarı hız üçgeni Şekil 4 de görüldüğü gibi, tasarım için alt yanak yarıçapını (r h ), üst yanak yarıçapını (r s ) ve üst yanak akış açısını (β s ) bilmek gerekir. Gerekli minimum kanat dibi yarıçapı ile gerekli olan torku iletmek ve yeterli kanat sayısı ile uygun bir dairesel geçiş bölgesi elde etmektir. Emme kenarına akışın girişi dik olduğundan kanat ucu yarıçapında kanat hızı dolayısıyla bağıl hız en büyük değerini alacaktır. Emme kenarı kanatları genelde tam radyal imal edilir, eğer üst yanak kanat açısını tespit edildiği zaman diğer yarı çapları kolayca bulunabilir. Emme kenarı üst yarıçapında kanat hızı (U ) dolayısıyla bağıl hız W en büyük değerini alacaktır. Üst yanak yarıçapının azalması ile çevresel hız Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 7 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

azalacak buda bağıl Mach sayısının (M w ) azalmasına yol açacaktır. Bundan dolayı akış alanı daha da küçüleceğinden mutlak hız (C ) ve bağıl Mach sayısı artacaktır. Mutlak hızın artması çevresel hızı azalttığından bağıl Mach sayısına önemli bir etkisi vardır. Çark içerisinden geçen akışkanın açısal momentumunun değişmesiyle tork ve özgül iş transferi, τ mrc ( rc ) u uθ () E τω m m U C u U C u h h 0 (3) burada τ Tork, m kütle debisi, r çark yarıçapı, C U mutlak hızın teğetsel bileşeni, E iş, U çevresel hız, h entalpi, o alt indisi akış hızının izentropik olarak sıfıra düşünüldüğü durgun hal (stagnation state), alt indisi emme kenarı giriş ortalama yarıçapı, alt indisi basma kenarı yarıçapıdır. İdeal gas kabulüyle, Po h C T C T T o p o p o o ( ) (4) T T 0 k + ( h krt o ) (5) burada T 0 /T durgun sıcaklık oranı, P /P 0 durgun basınç oranı, k izentropik üs, R gas sabiti özgül kütle C p (k-)r/k. 3. denklem 5 de yeri konursa; T T 0 k + ( UC u UC u) (6) krt elde edilir. P 0 /P basınç oranının hesaplanabilmesi için, izentropik akış ile gerçek akış arasında entropi kayıbına göre (tersinir ve tersinmez prosese göre) verim; P P 0 k k k + η( UC u UC u) (8) krt elde edilir. Burada P P0 durgun basınç oranıdır. Dixon (978) ve Van Den Braembusshe (985) tarafından güç azlığı faktörü, Cu Cu Cu µ (9) C C u şeklinde tanımlanır. u Radyal yönlendirilmiş çarkta, aksiyal doğrultuya göre akışın basma kenarından çıkış açısı β 0 olduğu zaman Cu U haline gelecek ve dolayısıyla güç azlığı faktörü denklem 9 ile aynı olacaktır. Eğer çıkışta radyal yönlendirilmiş çarkta emme kenarında yönlendirici yoksa C u 0 olacaktır. Denklem 9 yeniden düzenlenirse, P P 0 k k U + ( k )ηµ (0) a elde edilir. Boyutsuz çark hızı, M U u a U krt ve durgun basınç oranı () P R P0 / P (3) şeklinde tanımlanır. Denklem ve, denklem 0 yerine konursa, k [ P k ] + k ( M R u ) elde edilir. ( )ηµ (4) h η h h 0s h 0 (7) Denklem grafik olarak Şekil 5 de çizilirse ηµ eğrisi basınç oranının ideal sınırıdır. şeklinde tanımlamamız gerekir. Burada η verim, h 0s çark çıkışında izentropik durgun entalpisidir. Denklem 5, denklem 7 de yerine konursa; Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 7 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

elde edilir. a Denklem 8 in sağ tarafı a çarpılır ve işlemler yürütülürse, ve a a s s ile M ws M uθ k M s+ + M ν M s s 3k ( k ) (9) Şekil 5. Boyutsuz çark hızının basınç oranına göre değişim ηµ (0.85) kademe veriminin 0.85 ve güç azlığı faktörünün 0.85 olduğu hali temsil eder. Boyutsuz çark hızı bir değerini aştığı zaman, denklem göre üst yanak çevresel hızı giriş durgun sıcaklığından büyük bir değere sahip olacaktır [U /(T ) 0.5 >]. Dolayısıyla boyutsuz çark hızı.3 değerini aştığı zaman Öztürk (997) deki denklem 7.43 e göre basma kenarı mutlak Mach sayısı (M ) bir sayısal değerini aşacaktır. Bu ise Van Den Braembussche (985) göre yüksek basınç oranlı ve difüzörü kanatsız merkezkaç kompresörlerde tercih edilmez. Sonuçta çark çıkışında ses üstü akışın emme kenarındaki durgun giriş sıcaklığı ile direkt ilgili olduğu anlaşılır. elde edilir. M u Denklem 9, bağıl Mach sayısı M w, θ ve üst ν yanak açısı β σ göre Şekil 6 da grafik edilirse, θm u in özel değerleri için minimum bir bağıl ν Mach sayısı elde edildiği görülür. Emme kenarı hız üçgeninden, W C + U C +( ω r ) (5) s s s elde edilir. Burada s alt indisi emme kenarı üst yanağı göstermektedir. Boyutsuz kütle akış parametresi ; m [ π( r r )] C s h s θ (6) a πr a πr Burada h alt indisi emme kenarı alt yanağını göstermektedir. ν r h/ r s gösterir. Denklem 6 r s ye göre yeniden düzenlenirse, r θr a ( ν ) C s s (7) elde edilir ve denklem 6 da eşitliğin her iki tarafı a s ye bölünürse ve r s ye göre yeniden düzenlenirse, Şekil 6. Bağıl akış açısına bağıl Mach sayısının etkisi M M Cosβ (0) s ws s M u denklem 0 denklem 9 da yerine konur ve θ ν ya göre düzenlenirse, 3 M θ M Sin β Cosβ u ws s s ν k + M Cos β ws s 3k ( k ) () Herhangi bir giriş bağıl Mach sayısı için maksimum kütle akışını sağlamak için denklem, β s ye göre türevi alınır ve sonuç sıfıra eşitlenirse, M ws θω r a M s+ ( ν ) C s (8) Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 73 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

s Cos β 3 + km ws 4M ws M ws ( 3 + km ws ) () Denklem, Şekil 7 de grafik olarak gösterilmiştir. Tasarımcı herhangi bir kütle debisi için denklem ile bir açı seçip giriş bağıl Mach sayısı minimize edebilir. Denklem yalnızca M w bağlı olduğundan hesaplama yapmak oldukça kolay hale gelmiştir. Şekil 6 da, θ M u eğrisi yataya yakın ve eğiminin ν çok az olması bağıl akış açısında 5 derece büyük bir hata yapmanın minimum bağıl Mach sayısında % lik bir artış getireceği görülür. olarak elde edilir. Bağıl akış açısı ve bağıl Mach sayısı tespit edildikten sonra, eğer alt yanak yarıçapı bilinirse üst yanak yarıçapı ve emme kenarı alanı süreklilik denklemi kullanılarak hesaplanabilir. m π( r s rh) C (4) m denklem 4 k + a, a k M s ve a ile çarpılır, a (5) M s Mw scosβ s (6) denklem 5 ve 6 denklem 4 de yerine konursa, a π( r s r ) M Cosβ h ws s m k k ( k ) + + Mw scos β s (7) Eğer alt yarıçapı r h bilinirse üst yanak yarıçapı r s denklem 7 ile hesaplanabilir. Şekil 7. Minimum M ws göre bağıl akış açısı β s Bundan dolayı akış açısı β s tahminde yapılacak 5-0 derecelik yanlışlık bağıl Mach sayısında M w de çok büyük bir hata meydana getirmeyecektir. θm Örneğin, u. için β s in -60 den büyük ( ν ) bir değerle (-60 < β s < -45) tasarıma başlansa, minimum bağıl Mach sayısı değerinde % den daha az bir hata getirecektir ( M w 068. ). Dolayısıyla denklem de minimum M w hesaplamak için yapılmış olan β s tahminindeki herhangi sapma çok büyük bir yanlışlık getirmeyecektir. Kanat açısına bu akış açısını transfer etmek için tasarım kütle debisinin hangi hücum açısında ( i ) yapıldığının bilinmesi gerekir. Whitfield ve Baines (990) (bölüm 5 de) analizini yaptığı gibi en uygun hücum açısı -4 ile -6 arasındadır. Böylece kanat açısı β Bs βbs β s i (3) Bağıl Mach sayısı emme kenarı tasarımı için önemlidir. Buna ilave olarak, ayrılış ile kritik akış hali (M, veya m m max olduğu hal) arasında akış gerçekleşmelidir. Kanatsız bir difüzöre sahip bir kompresörde kritik akış, emme kenarı boğaz alanı ile (iki kanat arasındaki kanalda minimum akış alan) kontrol edilir. Kanatlı difüzörde ise kritik akış hali, difüzörün boğaz alanı ile kontrol edilir. İzentropik akış hali için kritik akış şartları, emme kenarı girişi ile emme kenarı boğazı arasında yapabilir. Boğaz alanı, iki kanat arasındaki kanalda minimum akış alanı olduğu için, gerçek akış alanını sınır tabakası oluşumunu dikkate alan daralma faktörü hesaplara katılmalıdır. Conner (984) yaptığı çalışmada en uygun daralma faktörünün 0.97 olduğunu açıkladığından boğaz alanı A bğ (0.97)(geometrik alan) olarak hesaplanabilir. Emme kenarı girişi ile boğaz arasında süreklilik denklemi, m A WCosβ A W (8) bğ bğ bğ Boğaz alanı ile giriş arasındaki yarıçap farkı ihmal edilebilecek seviyede olduğundan, isentropik akış Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 74 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

bağıl durgun sıcaklığı sabit kalacaktır. Bağıl durgun sıcaklığı yüksek M w de emme kenarı tasarımının zor olacağı sonucunu görmüştür. T T k + M w (9) şeklinde yazılabilir. Denklem 9, denklem 8 yerine konur ve düzenlenirse, M A w k+ k ( ) w k + M cosβ M A wbğ k + M bğ wbğ k+ ( k ) (30) elde edilir. Burada bğ alt indisi, boğaz kesitindeki akış şartlarını göstermektedir. Şekil 9. Kritik akış için emme kenarı bağıl Mach sayısı M olduğu zaman m m max olacağından, kritik kesitteki kütle debisi * m m A a max bğ T T * * / (3) Emme kenarında yönlendirme yapılmadığı ve izentropik akış olduğu kabul edilerek denklem (3) k+ k U ( k ) m max Abğa ( + k + (3) a Şekil 8. Emme kenarı geometrisi Şekil 8 deki kanat geometrisine göre, eğer kanat yüksekliği sabit ise A bğ l ve A s şeklinde yazılabilir. Emme kenarı şekli kanat şekli olmadığı zaman ve l s cosβ B yaklaşımı kullanılabilir. Burada β B ortalama çaptaki kanat açısıdır. Kanat girişi ile boğaz pozisyonu arasındaki eğrinin önemli ise, bu yaklaşım yetersizdir. Şekil 9 dan kritik akıştaki bağıl Mach sayısı boğaz alanının giriş alanının azalması ile azalmaktadır. Kritik akış gerçekleşmesi boğaz alanının artması ile artmaktadır. Bu ise herhangi bir giriş kanat açısı için yerleşim açısı (γ) nin azalmasını getirecektir. Osborne ve ark., (975) de yapmış olduğu çalışmada 60 den daha büyük yerleşim açısının akışı hızlandıracak aşırı bir kanat daralması sonucu haline gelir. Denklem 3 nin girişteki çevresel hıza bağlı olduğu görülür. Çevresel hız arttıkça kompresöre giren kütle debisi artacaktır. Maksimum kütle debisi için çözüm M u bilinmesi gerekir. M u çark çıkış hızına bağlı olduğundan dolayısıyla M ninde bilinmesi gerekir. Yukarıda anlatılan emme kenarı tasarım kriterleri için Siemens-Nixford Pentium Pro 00 bilgisayarda Fortran 77 dilinde hazırlanan programdan elde edilen sonuçlar Microsoft Excel kullanılarak grafik haline getirilmiş ve boyutsuz parametrelerine göre elde edilen eğriler yorumlanmıştır. 4. SONUÇ Denklem 0 ve şekil 6 da basınç oranı sabit tutularak (ηµ) 0.85 ve M u.3 değerlerini aldığı zaman M değerini alacaktır. Bu da akışın karakterinin ses altı, kritik ve ses altı olmasını giriş durgun sıcaklığının belirlediği göstermiştir. Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 75 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

Tasarımın en verimli noktada yapılabilmesi için emme kenarı Mach sayısının minimum yapılması gerekir. Denklem de emme kenarı üst yanak açısı seçiminde yapılmış 5 ile 0 derecelik sapmanın M w üzerine etkisi % den daha düşük olması, üst yanak açısının seçiminde 0 dereceyi geçmeyecek bir hatanın M w üzerine etkisi çok büyük olmayacağı görülmüştür. Yönteminin Analizi, Çukurova Üniv., Müh.-Mim. Fak. Dergisi, Adana (), 5-37. Denklem de akış açıları için yapılan iterasyon denklem de yerine konularak çizilen Şekil 5 de minimum Mach sayısının akış açısının -56 ile -68 arasında olduğu bulunmuştur. Kanatın kambur eğrisinin önemli olduğu durumlarda yerleşim açısının 60 dereceden büyük olduğu zaman daralmalardan dolayı yüksek bağıl Mach sayılarının elde edileceği gösterilmiştir. 5. KAYNAKLAR Adler, D. 980. Status of Centrifugal Impeller Internal Aerodynamics, Part : Experiments and Influence of Viscosity, Trans. of ASME Jour. Of Eng. For Power, 0, 739-748. Conner, W., A. 984. Design and off-design Performance of Some Prediction of High Pressure Ratio Centrifugal Compressor, VKI lecture series 07. Dean, R. C., Senoo, Y. 960. Rotating Wakes in Vaneless Diffusers Trans., ASME, Journal of Basic Eng., 563-74. Dixon, S. L. 978. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery. Pergamon. Eckardt, D. 975. Instantaneous Measurements in the Jet-Wake Discharge Flow of a Centrifugal Compressor Impeller, Trans. ASME Jour. of Engineering for Power, 337-346. Eckardt, D. 976. Detailed Flow Investigations within a High Speed Compressor Impeller, Trans. ASME, Journal of Fluids Eng., 390-40. Hayami, H., Senoo, Y., Ueki, H. 985. Flow in the Inducer of a Centrifugal Compressor Measured With a Laser Velocimeter. Trans.ASME Jour. Of Eng. For Gas Turbines and Power. 534-540. Koçak, S. 996. Preliminary Design of Centrifugal Compressors, Energy Week, Houston. Koçak, S. ve Hamarat, H. A. 997. Turbomakinalarda Bir İç Akış Modelleme Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 76 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76

Krain, H. 98. A Study on Centrifugal Impeller and Diffüzer Flow, Trans. of ASME Jour. of Eng. for Power, 03, 668-697. Osborne, C., Runstadler, P. W., Stacy, W. D. 975. Aerodynamic and Mechanical Design of an 8 : Pressure Ratio Centrifugal Compressor. NASA CR- 3478. Öztürk, E. 997. Türbomakinalarda Akış, Birsen Yayınevi, İstanbul. Peterman, H. 978. Akım Makinaları, Matbaa Tek. Basımevi, İstanbul. Schodl, R. 980. A Laser-Two Focus (LF) Velocimeter for Automatic Flow Vector Measurements in the Rotating Components of Turbomachines, ASME paper, in Measurement Methods in Rotating Components of Turbomachinery, 39-47. Senoo, Y., Hayami, H., Kinoshita, Y., Yamasaki, H. 979. Experimental Study on Flow in a Supersonic Centrifugal Impeller, Trans. of ASME Jour. of Eng. for Power,, 3-4. Shepherd, D. G. 97. Principles of Turbomachinery, The Macmillan Co. Van Den Braembussche, R. 985. Design and Optimisition of Centrifugal Compressors. Ucer A. S., Stow P., Hirsch, C. L., Thermodynamics and Fluid Mechanics of Turbomachinery. Martinus Nijhoff. Whitfield, A., Baines, N. C. 990. Design of Radial Turbomachines Longman Scientific and Technical, Newyork. Mühendislik Bilimleri Dergisi 998 4 (3) 77 Journal of Engineering Sciences 998 4 (3) 709-76