Merkezi Klima Santrallerindeki Plakalı Difüzörlerin Akış Alanına ve Basınç Düşümüne Etkisinin Sayısal İncelenmesi

Yıl 2022, Cilt: 63 Sayı: 707, 333 - 358, 09.06.2022

Kerim Sönmez , Yücel Özmen

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.944288

Öz

Merkezi havalandırma ve iklimlendirme santrallerinde yer alan çeşitli fanların hava üfleme kısmının boyutları, santraldeki fan hücresinden sonra gelen, susturucu, ısıtma/soğutma üniteleri, karışım hücresi/odası, ısı geri kazanım üniteleri veya filtre vb. klima santrali ünitelerinin kesit boyutlarından oldukça küçüktür. Klima santralinin daha etkin çalışabilmesi için, fandan çıkan havanın sonraki hücrelere mümkün olan en az basınç düşümü ve en düzgün (homojen) hız dağılımı ile yayılması gerekmektedir. Fanın üfleme ağzından çıkan havayı santral içerisinde yer alan daha büyük bir kesit alanına yaymak için içerisinde delikli difüzörler bulunan boş hücreler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, delikli plakalara sahip difüzörlü boş hücre durumu incelenmiştir. Delik geometrisi üçgen ve altıgen olarak tasarlanmış ve sırasıyla tekli plaka, arka arkaya yerleştirilmiş ikili plaka ve üçlü plaka belirlenmiştir. Arka arkaya yerleştirilen plakaların delikleri asimetrik olarak düzenlenmiştir. Tasarlanan delikli plaka difüzörleri 5 m/s, 10 m/s ve 15 m/s şeklinde üç farklı hızda denenmiş ve difüzörler daralmanın bittiği alana yerleştirilmiştir. Yerleştirilen difüzörler için havanın boş hücredeki akış dağılımı ve delikli difüzöre sahip boş hücreden kaynaklanan basınç düşümü sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma sonucunda en düşük basınç düşümü 5 m/s akış hızında tekli altıgen delikli düz plakalı difüzörde sağlanmıştır. En yüksek basınç düşümü ise 15 m/s akış hızında üçlü üçgen delikli düz plakalı difüzörde elde edilmiştir. Homojen hız dağılımı açısından en uygun durum, 15 m/s akış hızında ikili altıgen delikli düz plakalı difüzörde, en olumsuz durum ise yine 15 m/s akış hızında üçlü üçgen delikli düz plakalı difüzörde oluşmuştur.

Anahtar Kelimeler

Klima Santrali, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), Delikli Difüzör, Basınç Düşümü, Plakalı Difüzör

Numerical Investigation of the Effects of Plate Diffusers in Central Air Handling Units on Flow Field and Pressure Drop

Öz

The cross-sectional area of the blowing nozzles of various fans in the central ventilation and air conditioning plants, after the fan in the plant, silencer, heating / cooling units, mixing room, heat recovery units or filter, etc. is considerably smaller than the cross-sectional area of the cells. In order for the air handling unit to operate more effectively, the air leaving the fan must be spread to the subsequent cells with the least possible pressure drop and the most homogeneous velocity distribution. Empty cells with a perforated diffuser are used to spread the air exiting the blower of the fan to a larger cross-sectional area. In this study, the case of empty cells with diffusers with perforated plates was investigated. The holes geometries were designed as triangle and hexagon and respectively, single plate, double plate placed back to back and triple plate were determined. The holes of the plates placed one behind the other are arranged asymmetrically. The designed perforated plate diffusers were tested at three different velocities as 5 m/s, 10 m/s and 15 m/s, and the diffusers were placed in the area where the contraction ended. For the installed diffusers, the flow distribution of the air in the empty cell and the pressure drop caused by the empty cell with a perforated diffuser were numerically investigated. As a result of the study, the lowest pressure drop was achieved in a single hexagonal perforated flat plate diffuser at flow velocity of 5 m/s. The highest pressure drop was obtained in a triple triangular perforated flat plate diffuser at flow velocity of 15 m/s. The most favorable situation in terms of homogeneous velocity distribution occurred in the double hexagonal perforated flat plate diffuser at flow velocity of 15 m/s, and the most unfavorable situation occurred in the triple triangular perforated flat plate diffuser at flow velocity of 15 m/s.

Anahtar Kelimeler

Air Handling Unit, Computational Fluid Dynamic (CFD), Perforated Diffuser, Pressure Drop, Plate Diffuser

Kaynakça

• SMACNA, HVAC Systems Duct Design, 2006, Fourth Edition, Chapter 6
• Bilge, M. 2010. Klima Santralleri, 3, Dr. Mustafa Bilge ISBN: 978-605-61333-0-5, ISKAV Teknik Kitaplar Dizisi, İstanbul.
• Bulut, S., Ünveren, M., Arısoy, A. Böke Y. E. 2011. “CFD Analiz Yöntemiyle Klima Santrallerinde İç Kayıpların Azaltılması”, T.M.M.O.B. X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, 13-16 Nisan, İzmir, TÜRKİYE.
• Tanyol, İ. Klima Santrallerinde Enerji Tasarrufu ve CFD Analizi İle İç Dirençlerin Azaltılması, I. Ulusal İklimlendirme Soğutma Eğitimi Sempozyumu, Çağrılı Konuşma, 13-15 Eylül 2012, Balıkesir, TÜRKİYE.
• Avara, A., Daneshgar, E. 2008. Optimum Placement Of Condensing Units Of Split-Type Air- Conditioners By Numerical Simulation, Energy and Buildings, 40 (7), 1268-1272.
• Chow, W. K. 1996. Application of Computational Fluid Dynamics In Building Services Engineering, Buildings and Environment, 31(5), 425-436.
• Fletcher, C. A. J., Mayer I. F., Eghlimi A., WeeK. H. A. 2001. CFD as a Building Services Engineering Tool, International Journal on Architectural Science, 2(3), 67 – 82.
• Şahin, B., Ward-Smith A.J. 1987. The Use of Perforated Plates to Control the Flow Emerging from a Wide-Angle Diffuser with Application to Electrostatic Precipitator Design, Heat and Mass Transfer, 8 (2), 124-131.
• Chung, I. P., Dunn-Rankin D. 1998. Using Numerical Simulation to Predict Ventilation Efficiency in a Model Room, Energy and Buildings 28(1), 43-50.
• Kuas, G., Başkaya, S. 2002. Havalandırılan Bir Ofis Odasında Hava Hareketinin Sayısal Analizi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 17 (2), 35-32.
• Zhou, L., Huang, H., Shakeri, A., Rastan S., Stach B., Pero Karen. Morofsky, E., Haghighat, F. 2005, Indoor Environment in an Office Floor with Nozzle Diffusers: A CFD Sımulation, Ninth International IBPSA Conference, August 15-18, Montreal, CANADA.
• Wang, X., Pepper, D. 2007. Numerical Simulation for Under-Floor Air Distribution System with Swirl Diffusers, Journal of Heat Transfer, 129(4), 589-594.
• Quian, H., Li, Y., Nielsen, P., Hyldgaard, C. 2008. Dispersion of Exhalation Pollutants in a Two Bed Hospital Ward with a Downward Ventilation System, Building and Environment, 43(3), 344-354.
• Zhang, T., Lee, K., Chen, Q. (2009).A Simplified Approach to Describe Complex Diffusers in Displacement Ventilation for CFD Simulations, Indoor Air, 19(3), 255-267.
• Ascione, F., Minichiello, F. 2010. Microclimatic Control in the Museum Environment: Air Diffusion Performance, International Journal Of Refrigeration, 33(4), 806-814.
• Lim, T., Kim, J.C.B. 2010. The Influence of Ward Ventilation on Hospital Cross Infection by Varying the Location of Supply and Exhaust Air Diffuser Using CFD, Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 9(1), 259-266.
• Balocco, C., Lio, P. 2011. Assessing Ventilation System Performance in Isolation Rooms, Energy and Buildings, 43(1), 246-252.
• Martinez, J.J., Almansa, A., Fernandez-Gutierrez L., Parras C., Del Pino C, 2014. Numerical and Experimental Study of a HVAC Wall Diffuser, Building and Environment, 80, 1-10.
• Çuhadaroğlu, B., Yiğit Ş., Sungurlu, C. 2015. A CFD Analysis of Air Distrubuting Performance of a New Type HVAC Diffuser, CLIMAMED,10 - 11 Eylül, Juan-Les-Pins, Fransa.
• Erdoğan, A., Taçgün E., Kamer M. S., Canbazoğlu S., Aksoy İ. G., Kaya A., Sönmez K., Şahin H. E. 2015. Klima Santralleri İçin Tasarlanan Bir Delikli Difüzörlü Boş Hücredeki Hava Akışının Sayısal Olarak İncelenmesi, 3. Anadolu Enerji Sempozyumu, 1-3 Ekim, Muğla TÜRKİYE.
• Koskela, H., Maula, H. 2013. A CFD Model of a Swirl Diffuser for Heating and Cooling Modes, International Journal of Ventilation, 12(2), 159-166.
• Sönmez, K. 2017. Klima Santrallerindeki Boş Hücreler İçin Tasarlanan Kesik Koni Profilli Delikli Difüzörün Akışa ve Basınç Düşümüne Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi, Yüksel Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Kahramanmaraş.
• İncelenmesi, Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi ,6(4), 694-711.
• Park, J. K., Kwon, W. D., Kwon, H. M., Yang, J. H. 2018. Examination of the Ventilation Function of a Combined Air- Diffuser Ventilation System Using Experiments and CFD, Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 16(3), 647-654.
• Meslem, A., Bragança, P., Sodjavi K. 2018. Experimental Analysis of Mixing Ventilation Efficiency Using a Vortex Diffuser - Comparison to a Lobed Multi-Cone Diffuser, Science and Technology for the Built Environment, 24(10), 1041-1053.
• Cetin, Y.E., Avci, M., Aydin, O. 2020. Influence of Ventilation Strategies on Dispersion and Removal of Fine Particles an Experimental and Simulation Study, Science and Technology for the Built Environment, 26(3), 349-365.
• Raphe, P., Fellouah, H., Poncet, S., Ameur, M. 2021. Ventilation Effectiveness of Uniform and Non-Uniform Perforated Duct Diffusers at Office Room. Building and Environment, 204, 108118.
• Vasic M., Stevanovic V. D., Zivkovic B. (2020). Uniformity of Air Flow from the Ceiling Diffuser by an Advanced Design of the Equalizing Element in The Plenum Box with Side Entry, Science and Technology for the Built Environment, 26(5), 676-686.
• Kamer, M. S., Erdogan, A., Tacgun E., Sonmez K., Kaya, A., Aksoy, I. G., Canbazoglu, S. 2018. A Performance Analysis on Pressure Loss and Airflow Diffusion in a Chamber with Perforated V-Profile Diffuser Designed for Air Handling Units (AHUs). Journal of Applied Fluid Mechanics, 11(4), 1089-1100.
• Ansys Inc., 2017, Ansys Fluent User’s Guide, Release 18.1. http://users.abo.fi/rzevenho/ansys%2 0fluent%2018%20tutorial%20guide.pdf, 05.01.2021.
• Özmen, Y., 2006. Farklı Çatı Tipleri ve Eğimlerindeki Binalar Üzerinde Rüzgar Etkilerinin Deneysel ve Teorik İncelenmesi, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
• Ansys Inc., 2011. Ansys Fluent User’s Guide, Release 14, https://www.scribd.com/ doc/140163383/Ansys-Fluent-14-0-Users-Guide, 07.01.2021.
• Şimşek, O. 2011. Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teorik Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana