Numerical Investigation of Mixed Blade Structure in Radial Fans

Abstract

In this study, it is investigated how the Flow-Rotor Rotation Speed relationship changes by converting a backward propeller structure to a mixed blade structure. In addition, in this study, some dimensions of the propeller geometry were fixed and a parametric study was carried out on the remaining critical dimensions. For this purpose, the analysis methodology, which is similar to the literature studies, was used, in which similar results were obtained with the experimental data. In Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses, geometric properties such as mesh structure and air inlet and outlet volumes were kept constant, so that the main factor affecting the analysis results was blade geometry. In CFD analyses, first of all, the analysis results in different mesh structures were compared to ensure that the analysis results were independent from the digital network structure, then the analysis results were verified by comparing the analysis results with the test results. In the study, the flow rate, pressure, torque, efficiency values of the backward blade structure and the mixed blade structure were compared, and then the specific effects of the two critical dimensions that distinguish the mixed blade geometry from the first geometry on flow, pressure, torque and efficiency were shared in this study. As it is known from the literature studies examined, backward blade structures are designed to achieve high efficiency, they can reach high flow rates at high rotational speeds compared to forward facing blade types. The findings obtained in this study show that; Thanks to the mixed blade type, it is possible to obtain a higher flow rate without changing the rotation speed.

Keywords

• Backward Curved Radial Blade
• Forward-Facing Radial Blade
• Mixed Type Radial Blade
• Computable Fluid Dynamics (CFD)
• Radial Blade Performance

Radyal Fanlarda Karma Kanat Yapısının Numerik Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, geriye dönük bir pervane yapısını karma kanat yapısına dönüştürerek debi-rotor, dönüş hızı ilişkisinin değişimi incelenmiştir. Ayrıca bu çalışmada pervane geometrisinin bir kısım ölçüleri sabitlenerek, geriye kalan kritik ölçüler üzerinde parametrik çalışma gerçekleştirilmiştir. Bunun için deneysel veriler ile benzer sonuçların elde edildiği, literatür çalışmaları ile benzer olan analiz metodolojisi kullanılmıştır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizlerinde, mesh yapısı ve hava giriş ve çıkış hacimleri gibi geometrik özellikler sabit tutularak, analiz sonuçlarına etkiyen ana faktörün kanat geometrisi olması sağlanmıştır. HAD analizlerinde öncelikli olarak farklı mesh yapılarındaki analiz sonuçları karşılaştırılarak analiz sonuçlarının mesh yapısından bağımsız olması sağlanmıştır, sonrasında analiz sonuçları ile deney sonuçları karşılaştırılarak analiz sonuçları doğrulanmıştır. Yapılan çalışmada geriye dönük kanat yapısının ve karma kanat yapısının debi, basınç, tork, verim değerleri karşılaştırılmış sonrasında karma kanat geometrisini ilk geometriden ayıran iki kritik ölçünün debi, basınç, tork ve verim üzerine spesifik etkileri bu çalışma içerisinde paylaşılmıştır. İncelenen literatür çalışmalarından bilindiği üzere geriye dönük kanat yapıları yüksek verimlilik elde etmek amacı ile tasarlanmaktadır, ileri dönük kanat tiplerine kıyasla yüksek debilere yüksek devir hızlarında ulaşabilmektedir. Bu çalışmada elde edilen bulgular göstermektedir ki; karma kanat tipi sayesinde devir hızını değiştirmeden daha yüksek bir debi elde edilebilmesi mümkün olabilmektedir.

Keywords

• Geriye Eğik Radyal Kanat
• İleri Dönük Radyal Kanat
• Karma Tip Radyal Kanat
• Hesaplanabilir Akışkanlar Dinamiği (HAD)
• Radyal Kanat Performans

References

1. [1] F.P. Bleier, Fan handbook: selection, application and design, McGraw- Hill, 1998.
2. [2] N. Montazerin, A. Damangir, and H. Mirzaie, “Inlet induced flow in squirrel-cage fans,” Journal of Power and Energy, vol. 214, pp. 243–253, 2000.
3. [3] W.W. Peng, Fundamentals of turbomachinery, John Wiley & Sons, 2007.
4. [4] T. Adachi, N. Sugita and Y. Yamada, “Study on the Performance of a Sirocco Fan (Optimum Design of Blade Shape),” International Journal of Rotating Machinery, vol. 7 (6), pp. 405-414, 2001.
5. [5] S. Lin, and C. Huang, “An Integrated Experimental and Numerical Study of Forward-Curved Centrifugal Fan,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 26, pp. 421-434, 2002.
6. [6] Y. Jung, and J. Bake, “A Numerical Study on the Unsteady Flow Behavior and Performance of an Automotive Sirocco Fan,” Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 22, pp. 1889-1895, 2008.
7. [7] P. Son, J. Kim, S. M. Byun, and E. Y.Ahn, “Effects of Inlet Radius and Bell Mouth Radius on Flow Rate and Sound Quality of Centrifugal Blower,” Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 26, (5), pp. 1531-1538, 2012.
8. [8] Dom Di. Cioccio, “Methodology for a Numerical Analysis of the Aerodynamic Performance of a Centrifugal Fan Trough Computational Fluid Dynamics (CFD),” 25th ABCM International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2019), Berlin, 2015.

9. [9] O. P. Singh, R. Khilwani, T. Sreenivasulu and M. Kannan, “Parametric Study of Centrifugal Fan Performance : Experiments and Numerical Simulation,” International Journal of Advances in Engineering & Technology, vol. 1, pp. 33-50, 2011.
10. [10] Y., Ozbakis, and F. Erzincanli, “Air Flow Control Valve Development with Reinforced Operating Parameters,” Surface Review and Letters, vol. 28(12), 2150124, 2021.
11. [11] A. Whitfield and N. C. Baines, “Design of Radial Turbomachines,” Longman Scientific & Technical Publications, pp. 414, England, 1990.
12. [12] Ansys Fluent Theory Guide, (2013). vol. 15.0
13. [13] A. Ö. Korcan, “Bir Endüstriyel Fan Tasarımı ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Analizi,” Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 13, pp. 348-363, 2020.
14. [14] J. Cai, D. Qi, F. Lu, and X. Wen, “Study of tonal fan noise reduction by modification of the volute cutoff,” ACTA Acustica united with Acustica, vol. 96, pp. 1115-1124, 2010. [15] O. Hancerli, “Radyal fan performansına etki eden parametrelerin sayısal olarak incelenmesi,” Hitit Üniversitesi, 2019.
15. [15] O. Hancerli, “Radyal fan performansına etki eden parametrelerin sayısal olarak incelenmesi,” Hitit Üniversitesi, 2019.