Tesisat Dergisi 304. Sayı (Nisan 2021)

72 Tesisat / Nisan 2021 tesisat.com.tr MAKALE sonra, bu hacimler sayısal ağlarla örülerek çözüme hazır hale getirilirler [11]. Akış analizlerinde FLUENT yazılımı kullanılmıştır. Sıkıştırı- lamaz Navier-Stokes denklemleri sonlu hacimler yöntemiyle çözülmüş, türbülans realizable k- ε yöntemiyle modellen- miştir. Sınır koşulları olarak PT’nin girişinde kütlesel debi, katı yüzeylerde kaymama şartı, çıkışında statik basınç uygulan- mıştır. Akışkan olarak su kullanılmıştır. Analizlerde giriş ve çıkışlarda akış profillerinin düzgün olması amacıyla PT giriş ve çıkışına giriş borusu ve çıkış borusu adı altında ek hacimler yerleştirilmiştir. Akış model- lemesi yapılırken daha hızlı çözüm almak için kaçak akışların olduğu bölgeler modellenmemiştir. Kaçak verim ve meka- nik verim literatürdeki ampirik formüllerden yararlanılarak hesaplanmış ve türbin verimi hesabında kullanılmıştır. ANSYS MESH yazılımı yardımıyla sayısal ağ oluşturulmuş- tur. Oluşturulan sayısal ağın her pompa için element sayısı ve kanat üzerindeki y+ değerinin alan ortalaması Tablo 3’te belirtilmiştir. PT’lerin sayısal ağ görünüşü Şekil 2’de gösterilmiştir. a) b) c) 3.2. Sayısal Sonuçlar Farklı çalışma debilerinde analizler yapılmıştır. Çözümün yakınsayıp yakınsamadığı süreklilik, momentum ve türbülans denklemleri için kalıntı (residual) teriminin, kodun koşulması esnasında yapılan iterasyonlar ile değişimi göz önüne alına- rak belirlenmiştir. Bu terimin 10-4 değerin altına inmesi ve bundan sonra devam eden iterasyonlar ile değişiminin çok azalması durumunda denklemler yakınsadığı kabul edilmiştir. PT tasarımında öncelik en az değişiklik ile en verimli tür- bin modunu elde etmektir. Hidrolik tasarım pompa moduna göre tasarlandığından türbin modunda akış ayrılmaları ve sürtünme kayıpları olması kaçınılmazdır. Türbin modundaki hız ve basınç dağılımları üç farklı PT için optimum noktada incelenecektir. Şekil 3’te PT #1’in 156 m3/h debide meridyenel ve radyal kesitte hız alanları ve basınç dağılımları gösterilmiştir. Sal- yangoz içinde akışın düzgün ilerlediği akış ayrılmalarının çark içerisinde olduğu görülmektedir. Pompa moduna göre tasar- lanan kanat giriş açıları, giriş profilleri ve açı dağılımlarının bu akış ayrılmalarında direkt etkisi olduğu öngörülmektedir. Pompa içindeki statik basınç dağılımına bakıldığında, çarktan alınan enerji nedeniyle çevreden merkeze doğru sürekli bir azalma olduğu görülmektedir. Şekil 4’te PT #2’nin 250 m3/h debide meridyenel ve radyal kesitte hız alanları ve basınç dağılımları gösterilmiştir. Salyangoz içinde akışın düzgün ilerlediği fakat çark pasajla- rında lokal olarak bağıl hızların ani yavaşladığı görülmektedir. PT içindeki statik basınç dağılımına bakıldığında, çarktan alınan enerji nedeniyle çevreden merkeze doğru sürekli bir azalma olduğu görülmektedir. Şekil 5’te PT #3’ün 570 m3/h debide meridyenel ve radyal kesitte hız alanları ve basınç dağılımları gösterilmiştir. Diğer pompaların aksine difüzör ve çark kanat giriş açılarının türbin modunda çalışmaya uygun olduğu, belirgin akış ayrılmala- rının ortaya çıkmadığı görülmüştür. Basınç alanının çevresel olarak düzgün dağıldığı, çark ve difüzör kanatlarındaki akışın periyodik olduğu görülmektedir. Tablo 3: PT’lerin Sayısal Ağ Değerleri PT #1 PT #2 PT #3 Element Sayısı 6930647 2642557 7428629 Kanat üzerinde y+ değerinin alan ortalaması 139 325 440 Şekil 2. Sayısal Ağ Görünüşü a) PT #1 b) PT #2 c) PT #3 (a) (b) (c) a) Türbin modunda meridyenel kesitte hız vektörleri c) Türbin modunda radyal kesitte hız vektörleri d) Türbin modunda radyal kesitte basınç dağılımı b) Türbin modunda meridyenel kesitte basınç dağılımı Şekil 3. PT #1’in 156 m 3 /h debideki hız ve basınç dağılımları