Eksenel bir fanın sayısal gürültü modelinin oluşturulması ve fan kapağı boşluk geometrisinin ses yayılımına etkisinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışma kapsamında soğutucu cihazlarda kullanılan eksenel bir fanın hava kaynaklı yarattığı gürültü incelenmiş olup sayısal bir gürültü modeli oluşturulmuş ve endüstriyel uygulamalarda kullanıcı güvenliği açısından üzerine takılan fan kapağının boşluk geometrisinin ses seviyesi üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Birinci bölümde önceki yıllarda yapılmış çalışmalar araştırılarak literatür taraması kapsamında yapılan çalışmalar özetlenmiştir. Literatür taraması kapsamında özetlenen çalışmalar fan gürültüsü, fan gürültü oluşum mekanizması, endüstriyel ürünlerde fan gürültüsü, hava kaynaklı sayısal gürültü modellemesi, fan gürültüsü ölçüm metodları gibi konuları içermektedir. İkinci bölümde fanlar tanıtılmış, radyal ve eksenel fan olmak üzere fan tiplerinden bahsedilmiştir. Radyal ve eksenel fanların farkları üzerine bilgiler verilip fan verimini etkileyen tasarım özellikleri, fan performans eğrileri, fan kanunları, fan gürültüsü gibi konulara değinilmiştir. Sayısal çalışmalar kapsamında öncelikle dönen hava hacmi, iç hava hacmi ve dış hava hacmi olmak üzere 3 adet geometri oluşturulmuştur. Oluşturulan bu geometriler tetrahedral ağ örgüsü elemanları ile sonlu hacimlere ayrılmıştır. Ağ örgüsü eleman boyutları olarak her bir geometri için farklı boyutlar girilmiş olup hassas çözüm gerekli olan bölgelerde ince eleman yapısı oluşturulmuştur. Akışkanlar dinamiği analizleri kapsamında ilk olarak sst k-w türbülans modeli kullanılarak zamana bağlı olmayan akışkanlar dinamiği analizi gerçekleştirilmiştir. İlgilenilen fanın deneysel veriler sonucu elde edilen bastığı debi değerine eş değer olacak hava debisi değerine ulaşıldığından analiz düzenli rejime geldiği kabulü yapılarak analiz sonlandırılmıştır. Bu analiz sonuçları başlangıç koşulu alınarak ikinci aşamada les türbülans modeli kullanılarak zamana bağlı akışkanlar dinamiği analizi çözdürülmüştür. Akışkanlar dinamiği analizi sonuçlarında fan emiş bölgesinde negatif basınç değerleri görülmüş ve fanın güçlü bir basma yaptığı görülmüştür. Hız değerleri ise kanat uçlarında maksimum değerini almaktadır. Hesaplamalı hava kaynaklı gürültü analizi kapsamında bir önceki aşamada tamamlanan akışkanlar dinamiği analizi düzenli rejime ulaşıldıktan sonra Fw-h akustik modeli kullanılarak hesaplamalı hava kaynaklı gürültü hesaplaması yapılmış, belirlenen 3 adet mikrofon konumundan ses basınç verileri hesaplanmıştır. Yapılan sayısal analizlerde zaman adımı olarak fanın her bir derecelik dönüş hareketi için geçen zaman alınmış olup, fan toplam 4 tur döndürülerek analizler tamamlanmıştır. Elde edilen tüm mikrofon konumlarındaki sonuçlarda ses seviyesi kanat geçiş frekansında maksimum değerini almış, kanat geçiş frekansının harmoniklerinde ise yerel olarak maksimum değerler aldığı görülmüştür. 2000 Hz'den yüksek frekans değerlerinde ise ses seviyeleri oldukça düşük değerlerdedir.