FARKLI KESİT GENİŞLEMELİ GEOMETRİLERİN KLİMA SANTRALLERİ İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRLÜ BOŞ HÜCREDEKİ AKIŞA ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Yıl 2018, Cilt: 6 Sayı: 4, 694 - 711, 01.12.2018

Muhammed Safa Kamer , Kerim Sönmez , Ahmet Kaya

https://doi.org/10.15317/Scitech.2018.161

Öz

Klima santrallerinde kullanılan fanların çıkış kesit alanı, fandan sonra gelen ısıtma/soğutma bataryaları, susturucu, filtre, karışım odası veya ısı geri kazanım vb. hücrelerin kesit alanından küçüktür. Klima santralinin verimli bir şekilde çalışabilmesi için fanın üflediği havanın bir sonraki hücreye mümkün olan en düşük basınç düşüşü ve homojen hız dağılımı ile yayılması gerekir. Küçük bir kesit alanından çıkan havayı daha büyük bir kesit alanına yaymak için difüzörler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, havanın boş hücrede daha kısa mesafede homojen dağılımını sağlamak için hem boş hücredeki kesit genişlemesinin yapısı hem de giriş kesitinde kullanılan difüzör yapısının etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Boş hücrenin kesit genişlemesinin yapısının akış üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla 5 farklı geometri (kare geometrili ani kesit genişlemesi, 45° iki yandan kesik geometrili kesit genişlemesi, 45° dört yandan kesik geometrili kesit genişlemesi, 15° iki yandan kesik geometrili kesit genişlemesi, 15° dört yandan kesik geometrili kesit genişlemesi) oluşturulmuştur. Difüzör yapısı olarak da düz (piramit yüksekliği = 0 mm) ve piramit (piramit yüksekliği = 30, 60 mm) şekilli anemostat tip difüzör kullanılmıştır. 80° kanat açısındaki üç farklı yükseklikte anemostat tipi difüzörün kullanıldığı beş farklı kesit genişlemesinin boş hücredeki basınç düşümüne ve hız dağılımına etkisi sayısal olarak araştırılmıştır. Araştırma sonucunda, 45° dört yandan kesik geometrili kesit genişlemesine sahip boş hücrede en düşük basınç düşümü elde edilmiştir ve ayrıca difüzör piramit yüksekliğinin artmasıyla da basınç düşümünün azaldığı belirlenmiştir. 45° dört yandan kesik geometrili kesit genişlemesine sahip boş hücre içinde homojen hava akışının 80° kanat açısındaki anemostat tipi difüzörlerde h=0 ve 30 mm piramit yüksekliklerinde olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Anemostat tip difüzör, Basınç düşümü, Fan, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Klima santrali

Numerical Investigation of The Effect Of Geometries with Different Cross Section Expansion on The Flow in An Empty Cell with An Anemostat Type Diffuser Designed For Air Conditioning Power Plants

Öz

The output cross-sectional area of the fans used in the air conditioning power plants is smaller than the cross-sectional area of cells, which are located after the fan, such as heating/cooling batteries, silencer, filter, mixing chamber or heat recovery. In order for the air conditioning power plant to operate efficiently, the air that the fan blows must spread to the next cell with the lowest possible pressure drop and homogeneous velocity distribution. Diffusers are used to spread air from a small to a larger cross-sectional area. In this study, both the structure of the sudden section expansion in the empty cell and the effect of the diffuser structure used in the inlet section have been numerically investigated to provide a homogeneous distribution of air at shorter distance in the empty cell. Five different geometries (sudden section expansion with square geometry, section expansion with cut geometry from 45° on both sides, section expansion with cut geometry from 45° on four sides, section expansion with cut geometry from 15° on both sides, section expansion with cut geometry from 15° on four sides) have been created to determine the effect on flow of the structure of the section expansion of the empty cell. Flat (pyramid height = 0 mm) and pyramid (pyramid height = 30, 60 mm) shaped anemostat type diffusers have been used as the diffuser structure. The effect of five different cross section expansions where anemostat type diffuser is used at three different heights with 80° wing angle on the pressure drop and the velocity distribution in the empty cell has been investigated numerically. As a result of this study, the lowest pressure drop has been obtained in the empty cell with a section expansion with cut geometry from 45° on four sides, and it has also been determined that the pressure drop reduces with increasing the height of the diffuser pyramid. The homogeneous airflow in the empty cell with a section expansion with cut geometry from 45° on four sides has been found at h = 0 and 30 mm pyramid heights in the anemostat type diffusers at the 80° wing angle.

Anahtar Kelimeler

Anemostat type diffuser, Pressure drop, Fan, Computational fluid dynamic (CFD)

Kaynakça

• Ansys Fluent 14.0 Theory Guide, 2011, Ansys Inc., http://cdlab2.fluid.tuwien.ac.at/LEHRE/TURB/Fluent.Inc/v140/flu_th.pdf, URL (Erişim tarihi: 28.02.2014). Ansys Fluent User’s Guide, Release 18.1, Ansys Inc.
• Abantoa, J., Barreroa, D., Reggioa, M., Ozella, B., 2004, “Airflow Modelling in A Computer Room”, Building and Environment, Vol. 39, pp. 1393 – 1402.
• Bağcı, M., 1998, Teknik Resim, Birsen Yayınevi Limited Şirketi, ISBN: 975-511-128-X, İstanbul, 286s.
• Bayramgil, V., Bayrak, S., Yükselen, M.A., Erim, M. Z., “Experimental Investigation of A Diffuser For Cooling And Air Conditioning System”, 21st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, Victoria, AUSTRALIA, 13-18 Eylül 1998.
• Bilge, M., 2010, Klima Santralleri, ISKAV Teknik Kitaplar Dizisi, No: 01, İstanbul, pp. 146.
• Bulut, S., Ünveren, M., Arısoy, A, Böke, Y. E., “CFD Analiz Yöntemiyle Klima Santrallerinde İç Kayıpların Azaltılması”, T.M.M.O.B., X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, İzmir, TÜRKİYE, pp. 291-326, 13-16 Nisan 2011.
• Guo, B.Y., Hou, Q.F., Yu, A.B., L,i L.F., Guo, J., 2013, “Numerical Modelling of The Gas Flow Through Perforated Plates”, Chemical Engineering Research and Design, Vol. 91, pp. 403-408.
• HVAC Systems Duct Design, 2006, Fourth Edition, Chapter 6, SMACNA.
• Kaya, A., Kamer, M.S., Sönmez, K., “Klima Santrallerindeki Boş Hücreler İçin Tasarlanan Bir Anemostat Tip Difüzörün Akış Üzerindeki Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi”, 21. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, pp. 226-233, Çorum, TÜRKİYE, 13-16 Eylül 2017.
• Noui-Mehidi, M.N., Wu J., Sutalo, I.D., Grainger, C., 2005, “Velocity Distribution Downstream of An Asymmetric Wide-angle Diffuser”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 29, pp. 649-657.
• 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, 191s.
• Şahin, B., 1989, “Pressure Losses in An İsolated Perforated Plate And Jets Emerging From The Perforated Plate”, International Journal of Mechanical Science, Vol. 31, pp. 51-61.
• 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, Vol. 8, pp. 124-131.
• Şahin, B., Ward-Smith A.J., 1990, “Effect of Perforated Plates On Wide-angle Diffuser-exit Velocity Profiles”, Journal of Wind EnginEering and Industrial Aerodynamics, Vol. 34, pp. 113-125.
• Şahin, B., Ward-Smith A.J., 1991, “Flow Control by Perforated Plates Using A Blanking Technique in Wide-angle Diffusers Employed in Practical Electrostatic Precipitator Systems”, Journal of Wind Engiinering and Industrial Aerodynamics, Vol. 37, pp. 269-284.
• Şahin, B., Ward-Smith A.J., 1993, “The Pressure Distribution in And Flow Characteristics of Wide-angle Diffusers Using Perforated Plates for Flow Control With Application to Electrostatic Precipitators”, International Journal of Mechanical Science, Vol. 35, pp. 117-127.
• Şahin, B., Ward-Smith A.J., Lane D., 1995, “The Pressure Drop And Flow Characteristics Of Wide-Angle Screened Diffusers Of Large Area Ratio”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 58, pp. 33-50.
• Şimşek, O., 2011, Eğrisel Geniş Başlıklı Savak Üzerinden Geçen Açık Kanal Akımının Deneysel ve Teorik Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 93s.
• Taçgün, E., 2016, Klima Santrallerinde Kullanılan V Profil Delikli Difüzörlü Hücrenin Akış Performansının Sayısal ve Deneysel Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malatya, 191s.
• Tanyol, İ., “Klima Santrallerinde Enerji Tasarrufu ve CFD Analizi İle İç Dirençlerin Azaltılması”, I. Ulusal İklimlendirme Soğutma Eğitimi Sempozyumu, Çağrılı Konuşma, Balıkesir, TÜRKİYE, 13-15 Eylül 2012.
• Yiğit, Ş., Sungurlu, C., Çuhadaroğlu, B., “HVAC Sistemlerinde Kullanılabilecek Yeni Tip Bir Difüzör İçin Performans İncelemesi”, 11. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir, TÜRKİYE, pp. 19-36, 17-20 Nisan 2013.
• Zhang, T., Lee, K.S., Chen, Q., 2009, “A Simplified Approach to Describe Complex Diffusers in Displacement Ventilation for CFD Simulations”, Indoor Air, Vol. 19, No. 3, pp. 255-267.