Santrifüj pompalarda kavitasyonun modellenmesi

Abstract

Santrifüj pompaların yanlış koşullarda işletilmesi sırasında görülen kavitasyon olayı pompanın ömrünü sınırlayan en önemli sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bununla birlikte, bazı pompaların kavitasyona karşı dirençleri düşüktür ve işletilmesi sırasında kavitasyona maruz kalarak çalışmaktadır. Bu çalışmada kavitasyon sorunu yaşayan mevcut ticari bir santrifüj pompanın hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yardımı ile kavitasyon performansı iyileştirilmiştir. Bunun yanı sıra kanat giriş açısı ve örtme açısının pompanın kavitasyon performansına etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bahsi geçen açıların hem ön hem de arka yanaktaki değerleri için iki fazlı HAD analizleri yapılarak bu açıların ön ve arka yanaktaki değerlerinin etkisi ayrı ayrı incelenmiştir. Tez beş ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde kavitasyon olgusu incelenerek konu hakkında literatürde görülen çalışmalar hakkında detaylı bilgi sağlanmıştır. İkinci bölümde katı model çizimleri temin edilen pompanın sayısal modellenmesi yapılmıştır. Çark geometrisi üzerinde HAD analizlerinin yapılabilmesi için gerekli düzenlemeler yapıldıktan sonra modelin HAD analizleri yapılarak sonuçların deneysel veriler ile örtüştüğü gösterilmiştir. Çalışmanın temel amaçlarından biri de kanat giriş açısı ve örtme açısının pompanın kavitasyon performansına etkisini incelemektir. Bu nedenle bahsi geçen pompa Ansys BladeGen modülü kullanılarak basma yüksekliği, debi, devir sayısı ve kanat açıları ile örtme açısı gibi değişkenler cinsinden ifade edilerek parametreleştirilmiştir. Böylelikle, her bir tasarım için katı model programı kullanılarak çark geometrisi tek tek elde edilmek zorunda kalınmamış ve etkisi incelenmek istenen parametrenin değerinin doğrudan girilmesi ile akış hacmi elde edilmiştir. Yapılan iki fazlı HAD analizleri sonucunda parametreleştirilen pompanın sonuçlarının firmadan temin edilen çüpompa geometrisi üzerinde yürütülen sayısal çalışmanın sonuçları ile son derece uyumlu olduğu görülmüştür. Dördüncü bölümde kanat giriş ve örtme açılarının ön ve arka yanaktaki değerlerinin pompanın kavitasyon performansına etkisi hem ayrı ayrı hem de birlikte incelenmiştir. Yapılan farklı tasarımlar içinden en iyi tasarım elde edilerek sonuçlar parametreleştirilen pompanın verileri ile karşılaştırılmıştır. Son olarak, Taguchi yöntemi kullanılarak çok parametreli bir optimizasyon yapılmıştır. Taguchi’nin deney tasarımına göre farklı geometrilerilere ait kavitasyon testleri CFD yardımı ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçların sinyal gürültü oranlarına göre en iyi tasarıma ortaya konmuştur. Çalışmaya ait sonuçlar ve öneriler ise altıncı bölümde verilmiştir.