Yüksek Verimli Hava Girişi için Panjur Tasarımı: Sinüzoidal Tüberkül Modeli Kullanılarak Dizel Jeneratör Giriş Performansının Artırılması

Abstract

Bu çalışma, kambur balina yüzgeçlerinden esinlenen Tubercle Etkisi'nin, dizel jeneratör kabinlerinde bulunan emiş ceplerine ait havalandırma louverlarının aerodinamik performansı üzerindeki etkisini sayısal olarak incelemeyi amaçlamaktadır. Endüstriyel jeneratör kabinleri yüksek debili uygulamalarda kullanılan hava giriş louver'ları, geleneksel tasarımlarda akış ayrılması ve yüksek basınç kaybı (ΔP) sorunları yaşar. Bu durum doğal olarak kabin içi iklimlendirme ve akustik olarak bazı problemler doğurmaktadır. Geleneksel düz kenarlı louverların neden olduğu yüksek basınç kaybı ve akış ayrılması problemlerine yenilikçi bir çözüm getirilmesi hedeflenmiştir.Louverların ön büküm geometrilerine uygulanan sinüsoidal tasarım, tümseklerin, genlik ve dalga boyunun birbirine bağlı olarak değişmesiyle elde edilmiştir. Akademik araştırmalarda sıklıkla kullanılan bu Biyo-mimetik modelin aerodinamik performansı, basınç düşüşü ve homojenliği CFD kullanılarak sonuçlandırılması çalışmamızın ana konusudur. Akış analizleri, aynı tasarım koşulları ve sınır koşulları altında, her bir tasarım için hız konturları, türbülans yoğunluğu ve basınç kaybı dağılımlarını kapsamaktadır. Tubercle geometrisinin akış ayrılmasını geciktirdiğini, dizel jeneratör emiş bölgesinde hava akışını daha homojen hale getirdiğini ve klasik düz louver tasarımlarına kıyasla basınç kaybını azalttığını göstermiştir. Üç farklı tasarım arasında, M3 modeli en dengeli aerodinamik performansı sağladığı görülmüştür.Bu çalışma, jeneratör kabinlerine ait emiş sistemlerinde bulunan fanın gücünde muhtemel bir tasarrufa ve akustik anlamda iyileşen bir sisteme işaret ederken, hem kabin içi soğutma hem de kabin içi akış düzenini iyileştirmeye yönelik farklı ve yenilikçi bir bakış açısı sunmaktadır.

Keywords

• Tüberkül Etkisi
• Dizel Jeneratör
• Emiş Tasarımı
• Aerodinamik Performans
• Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

Supporting Institution

AKSA Jeneratör A.Ş

Ethical Statement

Bu çalışmanın hazırlanma sürecinde etik kurallara uyulduğunu; yararlanılan tüm kaynakların (eser, görüş, veri, bulgu vb.) akademik normlar çerçevesinde atıf yapılarak kullanıldığını; herhangi bir şekilde intihal, tahrif, çarpıtma, veri uydurma veya tekrar yayım gibi bilimsel suçlar işlenmediğini; çalışmanın özgün olduğunu; araştırma ve yayın etiği ilkelerine bağlı kalındığını; çıkar çatışması bulunmadığını beyan ederiz. Alp Büyükbayraktar Özgür Karaer

Thanks

We extend our deepest gratitude to AKSA Generator for the valuable technical support, data sharing, and expert contributions provided during the realization and completion of this scientific study. AKSA Power Generation's industrial experience and the practical knowledge it provided on generator systems played a vital role in ensuring our research produced results that are aligned with and applicable to real-life scenarios. We sincerely thank the entire AKSA Power Generation family for their meaningful contributions to this valuable work.

Louver Design for High-Efficiency Air Intake: Enhancing Diesel Generator Inlet Performance Using Sinusoidal Tubercle Model

Abstract

This study aims to numerically investigate the effect of the Tubercle phenomenon, inspired by humpback whale flippers, on the aerodynamic performance of ventilation louvers located in the intake compartments of diesel generator enclosures. In industrial generator cabins, air inlet louvers used in high-flow applications often experience flow separation and excessive pressure drop issues in conventional designs. These problems naturally lead to challenges in cabin climate control and acoustics. Therefore, this study seeks to provide an innovative solution to the high-pressure loss and flow separation problems caused by traditional straight-edged louvers.
A sinusoidal design applied to the leading edges of the louvers was developed, where the amplitude and wavelength of the protrusions vary in a correlated manner. The aerodynamic performance, pressure drop, and flow uniformity of this biomimetic Tubercle-based model, which has been widely discussed in academic literature, were evaluated using Computational Fluid Dynamics (CFD).
Flow analyses were conducted under identical design and boundary conditions for each configuration, including velocity contours, turbulence intensity, and pressure loss distributions. The results demonstrated that the Tubercle geometry delays flow separation, enhances airflow uniformity in the diesel generator intake section, and reduces pressure drop compared to conventional straight louver designs. Among the three configurations, the M3 model exhibited the most balanced aerodynamic performance.
This study indicates potential power savings in the generator cooling fan and improvements in the acoustic performance of the cabin, offering a novel and innovative perspective for optimizing both internal cooling and flow organization in diesel generator enclosures.
 

Keywords

• Tubercle effect
• Diesel generator
• Louver design
• Aerodynamic performance
• Computer fluid dynamics (CFD)

Supporting Institution

AKSA Generator Industry Inc.

Ethical Statement

We hereby declare that all ethical principles have been followed in the preparation of this study; that all sources used (works, ideas, data, findings, etc.) have been utilized with proper citation in accordance with academic norms; and that no scientific misconduct, such as plagiarism, falsification, distortion, data fabrication, or duplicate publication, has been committed. I affirm that the work is original, that the principles of research and publication ethics have been adhered to, and that there are no conflicts of interest. Alp Büyükbayraktar Özgür Karaer

Thanks

Bu bilimsel çalışmanın hazırlanması ve tamamlanması sürecinde sağladıkları değerli teknik destek, veri paylaşımı ve uzman katkılarından dolayı AKSA Jeneratör'e en derin şükranlarımızı sunarız. AKSA jeneratör sistemlerine ilişkin endüstriyel deneyimi ve sağladığı pratik bilgiler, araştırmamızın gerçek hayat senaryolarıyla uyumlu ve uygulanabilir sonuçlar üretmesini sağlamada hayati bir rol oynamıştır. AKSA Jeneratör ailesinin bu değerli çalışmaya yaptıkları anlamlı katkılar için tüm çalışma arkadaşlarına içtenlikle teşekkür ederiz

References

1. [1] M. H. M. Noh, H. Rashid, A. H. A. Hamid, ve M. F. Iskandar, “Comparison of Numerical Investigation on Airfoil and Flat Louvers on the Air Duct Intake,” Procedia Eng., c. 41, ss. 1761–1768, 2012.W.-K. Chen, Linear Networks and Systems. Belmont, CA, USA: Wadsworth, 1993, pp. 123–135.
2. [2] Sallem, Arslan; K, Man-Hoe. Airside thermal performance of louvered fin flat-tube heat exchangers with different redirection louvers. Energies, 2022, 15.16: 5904.
3. [3] Parra, Jordi, et al. Thermal performance of ventilated double skin façades with venetian blinds. Energies, 2015, 8.6: 4882-4898.
4. [4] Manideep, J. S. S., et al. Effects of Leading-edge Tubercles and Dimples on a Cambered Airfoil and its Performance. 2022.
5. [5] Moreau.A, Antoine; G, Sébastien; S, Rainer. Optimization of Trailing-Edge Serrations to Reduce Open-Rotor Tonal Interaction Noise.
6. [6] C.P., et al. Aerofoil broadband noise reductions through double-wavelength leading-edge serrations: A new control concept. Journal of Fluid Mechanics, 2018, 855: 131-151.
7. [7] Xing, Yudi, et al. Effect of wavy leading edges on airfoil trailing-edge bluntness noise. Aerospace, 2023, 10.4: 353.
8. [8] A, Yasir; C, Tze Pei; S, Oksana. Leading edge blowing to mimic and enhance the serration effects for aerofoil. Applied Sciences, 2021, 11.6: 2593.

9. [9] H, John; BOHL, Douglas. Effects of leading-edge tubercles on dynamically pitching airfoils. In: Flow Control Through Bio-inspired Leading-Edge Tubercles: Morphology, Aerodynamics, Hydrodynamics and Applications. Cham: Springer International Publishing, 2020. p. 131-146.
10. [10] J, Jeena; S, A. Experimental study on the effect of tubercle on aerodynamic characteristics of swept wings at low reynolds number. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 2022, 46.3: 783-792.
11. [11] K, Heesu; K, Jooha; C, Haecheon. Flow structure modifications by leading-edge tubercles on a 3D wing. Bioinspiration & biomimetics, 2018, 13.6: 066011.
12. [12] G,V. T.; B,R,R,J. Aerodynamics with state-of-the-art bioinspired technology: Tubercles of humpback whale. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2021, 235.16: 2359-2377.
13. [13] W, Dian, et al. Impact of Leading-Edge Tubercles on Airfoil Aerodynamic Performance and Flow Patterns at Different Reynolds Numbers. Energies, 2024, 17.21: 5518.
14. [14] ANSYS Fluent Theory Guide, ANSYS Inc. Canonsburg, 52-53 (2013)
15. [15] Chen,H., Zhang,Y., Shi M., Chen,Q., Numerical Simulation of Generator Air Duct Based on CFD Approach, Applied Mechanics and Materials, 644-650, 678-683, 2014.
16. [16] Launder., B., E., Spalding., D., B., The numerical Computation of Turbulent Flows, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,3, 269-289, 1974.