Kanat ucu mesafesinin ve gövde üzeri olukların eksenel pompa içerisindeki akışa etkisinin hesaplamalı akışkan dinamiği analizi ile incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında eksenel akışlı bir pompanın kanat ucu mesafesinin ve gövde üzerine açılan olukların pompa performansına etkisi incelendi. Yüksek debi gerektiren sistemlerde çokça tercih edilen eksenel pompaların verimliliğinin arttırılması ve/veya en yüksek seviyede tasarlanması mühendislik açısından büyük önem taşımaktadır. Pompanın kanat ucunda kanat ucu girdapçıklarının (KUG) nasıl oluştuğu ve konumu, bunun performansa etkisi ve bu analizlere dayanarak kanat ve pompa verimini arttırma yolları araştırıldı. Kanat ucu girdapları, basma kanadından emme kanadına doğru, yüksek basınçlı bölgeden düşük basınca doğru gelişen sızıntı akımlarının etkisiyle oluşur ve bu yapı kanat etrafındaki akışı doğrudan etkiler. Belli bir akış hacmi belirlenerek pompa kanatları etrafındaki üç boyutlu, türbülanslı ve sıkıştırılamaz akış, Hesaplamalı Akışkan Dinamiği (HAD) yaklaşımıyla analiz edildi. Ansys Icem CFD yazılımı kullanılarak farklı kanat ucu mesafeleri için çözüm ağı oluşturulmuştur. Tüm çözüm ağları, hegzagonal elemanlar kullanılarak hazırlandı. Çözüm ağları oluşturulurken özellikle sınır tabaka bölgelerinde çözünürlüğe önem verilmiş ve y+ değeri küçük tutulmuştur. Ansys CFX yazılımı kullanılarak analizler yapılmıştır; Ortalama-Reynolds Navier-Stokes denklenmleri çözümlenmiş ve KGA (Kayma Gerilmesi Aktarımı) türbülans modeli seçildi. Eksenel akışlı pompalar üzerine yapılan araştırmalar detaylıca incelendi. Literatürde kanat ucu girdapçıklarının pompa geometrisine ve kanatta oluşan kavitasyona olan etkilerine dair yapılan analizler, gözlemler, tasarım iyileştirme önerileri ele alındı; kanat ucu girdabının karakterizasyonuna yönelik belirlenen metodlar ve katkılar listelendi. Çalışma kapsamında öncelikle çözüm ağı bağımsızlık çalışması yapıldı, çözüm ağı kalitesi, sınır tabaka çözünürlüğü, y+ değeri değerlendirildi ve en iyi çözüm ağı seçildi. Daha sonra, sınır koşullar belirlenerek farklı debi değerlerinde pompa karakteristik eğrileri hazırlandı. Hidrolik verimin en yüksek görüldüğü noktada kanat ucu girdapçıklarının oluşumu incelendi. Kanat ucu girdabı, hücum-firar kanadı doğrultusunda kanadın üç farklı bölgesinde kanat yüzeyine dik yüzeylerde görüntülendi. Bulgular ve sonuçlar, hem görüntülü hem sayısal sonuçlar halinde ortaya kondu. Akış çizgileri ve basınç dağılımları incelendi; basınç farkı, hidrolik güç, mekanik güç, verim ve manometrik basma yüksekliği hesaplandı. Nihayetinde, yapılan analizlere istinaden yapılan gözlemler ve kanat ucu tasarımını parametrik hale getirebilmek için belirlenen öneriler sunuldu.