Experimental and Numerical Investigation of High-Pressure Centrifugal Fan Performance

Abstract

Centrifugal fans with the volute body; marble, wood, cement, textile, etc. It is used in the transport of various powders in industries. In order for the fans to be used in these applications to work efficiently, the fan performance must be well known. In this study, a high-pressure radial fan whose performance curves are unknown was tested in a wind tunnel designed according to ANSI/AMCA-210 standard and experimental fan performance curves were obtained. Then, performance parameters were calculated using computational fluid dynamics (CFD) methods. Differences between numerical and experimental results were obtained within acceptable limits and the optimum operating range of the fan was determined according to the performance curves obtained. The overlap of the theoretical and experimental approaches used in this study revealed that similar fans can be used as a tested example for the initial design or partial development of existing similar fans in future studies.

Keywords

• Fan performance
• High pressure radial fan
• ANSYS Fluent
• ANSI/AMCA-210

YÜKSEK BASINÇLI SANTRİFÜJ FAN PERFORMANSININ DENEYSEL VE SAYISAL İNCELENMESİ

Öz

Salyangoz gövdeli santrifüj fanlar; mermer, ahşap, çimento, tekstil vb. sanayilerde çeşitli tozların taşınmasında kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda kullanılacak fanların verimli çalışabilmesi için fan performansının iyi bilinmesi gerekir. Bu çalışmada, ANSI/AMCA-210 standardına göre tasarlanmış bir rüzgâr tünelinde performans eğrileri bilinmeyen yüksek basınçlı bir radyal fan test edilmiş ve deneysel fan performans eğrileri elde edilmiştir. Daha sonra, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemleri kullanılarak performans parametreleri hesaplanmıştır. Sayısal ve deneysel sonuçlar arasındaki farklar kabul edilebilir sınırlar içinde elde edilmiş ve elde edilen performans eğrilerine göre fanın optimum çalışma aralığı belirlenmiştir. Bu çalışmada kullanılan teorik ve deneysel yaklaşımların örtüşmesi, ileride yapılacak çalışmalarda, benzer fanların ilk tasarım veya mevcut benzer fanların kısmi gelişimi için test edilmiş bir örnek olarak kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

Anahtar Kelimeler

• Fan performansı
• Yüksek basınçlı radyal fan
• ANSYS Fluent
• ANSI/AMCA-210

References

1. ANSI/AMCA 210-99, 1999, Laboratory Methods of Testing Fans for Ratings, American National Standard.
2. ANSYS FLUENT 2021/R2, 2021, Theory Guide realiziable k- model function, ss. 54-57.
3. Ashrae Handbook, 2012, Heating, Ventilating and Air-Conditioning Systems and Equipment SI Edition, ISBN: 978-1-936504-26-8.
4. Corsini, A., Delibra, G., Rispoli F., Sheard A. G., 2013, “Aerodynamic simulation of a high-pressure centrifugal fan for process industries”, Proceedings of ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition, San Antonio, Texas, USA, Cilt 4.
5. Çerçil, C., 2010, Bilgisayar Destekli Merkezkaç Vantilatör Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
6. Darvish, M., 2015, Numerical and Experimental Investigations of the Noise and Performance Characteristics of a Radial Fan with Forward-Curved Blades, Doktora Tezi, Berlin Üniversitesi, Berlin, Almanya.
7. Dinç, M., 2016, Bilgisayar Destekli Frekans Analizi ile Fan Kanatları Tasarım Parametrelerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
8. Dolay, F. H., 2000, Bilgisayar Destekli Vantilatör Tasarımı ve Analizi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. Güney, M.,2016, Radyal Fan Salyangozunun Fan Performansına Etkilerinin HAD Yardımı ile İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. 101s.
10. Güngör, Ö. S., 2010, Bir Fanın Tanım Eğrilerinin Deneysel ve Nümerik Yöntem ile Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
11. Huang, C. K., Hsieh M. E., 2009, “Performance analysis and optimized design of backward-curved airfoil centrifugal blowers”, HVAC&R Research, Cilt 15, Sayı 3, ss. 461–488.
12. Jayapragasan, C.N., Janardhan Reddy, K., 2017, “Design optimization and experimental study on the blower for fluffs collection system”, Journal of Engineering Science and Technology, Cilt 12, Sayı 5, ss. 1318–1336.
13. Kasap, A., 2009, Bir Tesla Fanının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
14. Kim, K. Y., Seo, S. J., 2004, “Shape optimization of forward-curved-blade centrifugal fan with Navier-Stokes analysis”, Journal of Fluid Engineering, Cilt 126, ss. 735–42.
15. Mutlu, Ö., 2018, İleriye Dönük Kanatlı Radyal Fan tasarım Yöntemlerinin HAD ile İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
16. Patel K. K., Patel P. M., 2013, “Performance improvement of centrifugal fan by using CFD”, “International Journal of Advanced Engineering Research and Studies”, Cilt 2, Sayı 2, ss. 1-4.
17. Shah K. H., Vibhakar N. N. and Channiwala S. A, 2003, 1Unified design and comparative performance evaluation of forward and backward curved radial tipped centrifugal fan”, Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering 2003 (ICME2003), Dhaka, Bangladesh, 26- 28 December 2003.
18. Thangarasu, V. S., Sureshkannan, G., 2015, “Design and experimental investigation of forward curved backward curved and radial blade impellers of centrifugal blower”, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, Cilt 9, Sayı 1, ss. 71–75.
19. Vakkasoğlu, A. V., Kamer, M. S., Kaya A., 2020, “The Effect of different diffusers designed for empty cells in central air handling units on flow and pressure drop”, Science and Technology for the Built Environment, Cilt 27, Sayı 1, ss. 28-43.
20. Wen, X., Mao, Y., Yang, X., Qi D., 2016, “Design method for the volute profile of a squirrel cage fan with space limitation”, Journal of Turbomachinery, 138 (8).