Aksiyal, Diyagonal, Santrifüj: Hangi Fan Hangi Uygulama için Uygundur?
Özel uygulamalarda kendilerine özgü avantajlar sağlayabilen eksenel, diyagonal ve radyal fanlar vardır. Hangi fan tipinin hangi uygulama için en uygun olduğu basınç oluşumuna göre belirlenir.
Havayı hareket ettirmek ve en iyi verimlilikte ve en az gürültü emisyonuyla basınç oluşturmak; fanların amacını tanımlamanın bir yolu budur. Birçok uygulama için en iyi seçenektir, çünkü sürekli bir akış oluşturur, az yer kaplar ve sadece birkaç hareketli parçaya sahiptir. Belirli bir uygulama için hangi fan tasarımının, en iyisi olduğunu anlamak için, fan çalışmasının temel mekanizmasına bakmak gerekir.
Basınç hangi fanın uygun olduğunu belirler
Prensip olarak, eksenel akışlı (aksiyal) bir fanın fan kanatları, hava akışını eksenel bir giriş yönünden sarmal bir akış modeline saptırır ve böylece rotor boyunca toplam basıncı artırır. Daha yüksek basınç elde etmek için, dönen kanatlara daha büyük akış açıları gereklidir. Ancak bu prensibin doğal sınırları vardır. Bağıl akış açısı çok büyüdüğünde, aerodinamik daha az verimli hale gelir ve ayrılan akış daha fazla gürültüye neden olur.
Daha fazla basınç artışının gerekli olduğu durumlarda kanat aerodinamiğine ek olarak santrifüj kuvvetler kullanılır. Her fan dönen bir sistem olduğundan, hava her zaman merkezkaç kuvvetlerine maruz kalır. En iyi çalışma noktalarının ötesinde, eksenel fanlardaki akış, güçlü bir santrifüj bileşeni geliştirirken, akış yolunun büyük bölümleri devridaim havası nedeniyle aerodinamik olarak bloke olur. Etkili bir şekilde, fan bu rejimde daha küçük, ancak kötü tasarlanmış bir santrifüj fan gibi çalışır.
Bu uygulamalar için, özel bir santrifüj tasarımı en iyi seçimdir. Santrifüjlü fanlarda, santrifüj kuvvetleri genel basınç oluşumuna önemli ölçüde katkıda bulunur, bazı durumlarda baskın mekanizmadır. Aksiyal fanlar, oldukça küçük bir basınç artışının ve büyük akış hızlarının gerekli olduğu durumlarda en iyi şekilde uygulanırken, santrifüj fanlar benzer dış boyutlar ve hızlar için daha küçük akış hızlarıyla birlikte daha yüksek basınç sağlayabilir.
Üç fan tasarımının optimum çalışma aralıkları. (Grafik | ebm-papst)
CFD ile fanların optimizasyonu
Bu temel değerlendirmelerle nihai tasarım başlatılabilir. Geçmişte, fanlar çoğunlukla deneysel olarak tasarlanmıştır ve yıllar içinde güçlü bir deneyim tabanı oluşturulmuştur. Günümüzde aerodinamik tasarım sürecine hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemleri uygulanmaktadır. CFD, ısı ve kütle transferinin önemli olduğu her türlü sistemde, tamamen yeni fanlar için olduğu kadar kanatlar veya kanat uçları gibi bileşenlerin optimizasyonu için de kullanılmaktadır. Prensip olarak, aerodinamikçi; fan tipi hakkında önceden bilgi sahibi olmadan yeni bir fan tasarlayabilir. Çünkü CFD yöntemi kapsamlı bir matematiksel akış modelini temsil eder. Özellikle CFD sonuçları akış alanının çok ayrıntılı analizlerine olanak tanıdığından, sayısal deneyler yapmak, sahada deneysel bir çalışma yürütmekten genellikle daha kolaydır.
Bir havalandırma ünitesinden geçen hava akışının görselleştirilmesi. (Fotoğraf | ebm-papst)
CFD ile kanat performansı, kayıp ve gürültü mekanizmaları veya akışın duvarlarla etkileşimi, ilgilenilen her çalışma noktası için anlaşılabilir ve geliştirilebilir. Yüksek verimlilik ve uygun maliyetli çözümlerin kilit faktörler olduğu zamanlarda aerodinamikçi, mevcut tasarım alanının mümkün olan her yüzdesini sıkıştırmaya çalışır. Modern fanların kavisli ve bükülmüş kanatları veya özel kanat uçları bu tür çabaların örnekleridir. Son teknoloji ürünü tasarım araçlarıyla, mevcut bir fanı yeni bir uygulamaya uyarlamaya çalışmak yerine fanı belirli bir uygulama için tasarlamak mümkündür.
CFD'nin başarısı ile birlikte deneylerin odak noktası değişmiştir. Temel bir tasarım yöntemi olmaktan çıkıp, gerekli bir doğrulama ve onaylama yöntemine dönüşmüştür: bir yandan genel performans, diğer yandan kılavuz kanatlar veya aşağı akış difüzörleri gibi özelliklerin etkisini doğrulamak veya kabul etmemek gibi.
Kaynak: ebm-papst MAG Magazine
