Tesisat Dergisi 195. Sayı (Mart 2012)

MAKALE 110 Tesisat Dergisi Sayı 195 - Mart 2012 basınç sayısının küçük olması β 2 çıkış açısını küçültür. Bu ise kanadın daha yassı olması de- mektir. Aynı zamanda bağıl hızlar ve dolayısıy- la kanat sürtünmeleri artacağından l/t katılılık oranını küçültmek gerekmektedir. Böylece artık tam anlamıyla kanat kanallarından bahsedile- meyeceğinden, bazı hallerde hala uygulanma- sına rağmen, radyal ve karışık akışlı pompa- lardaki hesap yöntemini kullanmak güvenilir olmayacaktır. Bu durumda bağıl akış, sonsuza uzanan akışkan ortamında taşıyıcı kanat etra- fındaki akış gibi ele alınabilir. Bu hesap yolu ilk kez Bauresfeld tarafından uygulanmıştır[1]. Aerodinamik yöntem olarak adlandırılan bu yöntemde özellikleri deneysel sonuçlar ile elde edilmiş bilinen “airfoil profilleri” kullanılır. Şekil 2 ’de eksenel bir çark için hız üçgeni ve- rilmiştir. c m meridyonel hızı, girişte ve çıkışta eşittir. Şekil 2. Eksenel çark için ön dönmesiz durumda giriş-çıkış hız üçgeni. w ∞ hızı w 1 ve w 2 akış hızlarının vektörel orta- lamasıdır. Bu yöntemde, çarktan elde edilen basma yüksekliği ile airfoil kaldırma katsayısı (CL - Lift Coefficient) arasındaki ilişki kullanılır. Bu ilişkiye göre, çark kanadının farklı çaplardaki kesitlerine uygun airfoil profilleri seçilir ve β ∞ açısına karar verilir. Akış hareketi içindeki bir kanada etkiyen kuv- vetin iki ayrı bileşeni vardır. Bunlardan biri kanadı akış doğrultusuna dik yönde kaldırma- Şekil 3. Kanada etkiyen kuvvetler, akış açıları ve hızlar. ya çalışan kaldırma kuvveti diğeri ise kanada akış yönünde etki eden direnç kuvvetidir. Şekil 3’ te, R kanada etkiyen bileşke kuvvet, L (Lift) kaldırma kuvveti, D (Drag) direnç kuvvetidir. Kanat kuvvetleri yarıçap boyunca değiştiği için r yarıçapında sonsuz küçük dr kalınlığında bir dilim ele alınır. Bu dilimden geçen debi dQ’dur. Dolayısıyla kanat kuvvetinin o dilimde oluş- turduğu güç, z kanat sayısı, t adımı belirtmek üzere: Şekil 4. Özgül hıza göre d i /d o , l/t ve kanat sayısı seçimi[2]. (5) (6) th m th dP gdQH gztdrc H ρ ρ = = sin( ) dP zRdr u β λ ∞ = + Kanada etkiyen kuvvetlerin oluşturduğu güç aynı zamanda şöyle yazılabilir: Denklem (5) ve (6) birbirine eşitlenirse: bulunur. (7) (8) (9) sin( ) th m R u H gtc β λ ρ ∞ + = 2 (b=1) 2 L w L C bl ρ ∞ = 2 2 cos( ) sin( ) th m L gH c lC t uw λ β λ ∞ ∞ = + Kaldırma kuvveti: olduğuna göre ve (7) ile (8) kullanılarak; bulunur. Denklem (9) kullanılarak kanadın kaldırma katsayısı ve l/t arasındaki ilişki bulunabilir. Bu durumda CL.l/t değeri hesaplandıktan sonra l/t oranı seçilip kaldırma katsayısı (CL) bulunur ve hesaplanan CL değerine uygun bir taşıyıcı kanat profili seçilir. Bu seçim yapılırken kay- ma oranının ( λ ) yani direnç katsayısının (CD), kaldırma katsayısına oranının küçük olmasına dikkat edilmelidir. Şekil 4 ’te, l/t , d i /d o (d i -iç çap , d o -dış çap), oranı ve kanat sayısının özgül hıza göre değişi- mi verilmiştir. Kanatlar araştırma kuruluşların- da geliştirilen, denenen ve uygun-luğuna karar verilen profil biçimlerine göre profillendirilirler. Göttingen ve NACA profilleri çok yaygın olarak kullanılan ve özellikleri bilinen profillerdir. Bu profillerin bilgileri yapılan deneysel çalışmalar sonucunda çıkartılmış ve profil koordinatları ile birlikte birçok kaynakta belirtilmiştir. Kalın profil- ler ince profillere oranla daha fazla kayba sebep olurlar ve bunun sonucu olarak da daha düşük bir verim elde edilir[1]. Fakat ince profil seçimleri için dayanıklılık ve üretim sınırlamaları vardır. 3. HAD Analizi Akışkanlar mekaniği problemlerinin analizine yönelik geliştirilen sayısal yöntem ve algorit- maların kullanıldığı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımları, tasarımcılar için çok yararlı bir yardımcı durumuna gelmiştir. Bu yazılımlar ile üretim öncesi tasarımcı, ofis ortamında sayısal deneyler ile performans tahminleri ve tasarım iyileştirmeleri yapabilir. Böylece tasarımdaki problemlerin incelenip düzeltilerek, performansın iyileştirilmesi so- nucunda maliyet açısından önemli bir kazanç sağlanabilmektedir. Yapılan her tasarımın kendi içinde karşılaştırılma olanağı tasarımcı için de büyük bir deneyimin oluşmasına katkı sağlamakta, alınan gerçek test sonuçları ile yapılan karşılaştırmalar da ileriki çalışmalar için birikim oluşturmaktadır. Firmamızda katı modellerin hızlı ve hatasız bir şekilde yapılabilmesi amaçlanmış ve katı model hazırlama süresinin kısaltılmasına yö- nelik bazı ek ara programlar geliştirilmiştir. Ta- sarımdan analize geçiş süresinin azaltılması tasarım ve diğer adımlar için daha fazla ince- leme zamanın oluşmasına olanak sağlamıştır. Tasarım ardından, çark ve difüzör kanat yü- zeylerinin oluşturulması için firma bünyesinde CAD programı ile uyumlu makro yazılımları geliştirilmiştir. Bu şekilde analize hazır, hata- sız katı modeller elde edilebilmiştir. Şekil 5 ’te analiz için hazırlanan katı modeller görülebilir.