Çark 2 için PIV-HAD sonuçları

4.2. bölümünde açıklanan pasif akış kontrol metodu ile HAD çalışmaları yapılan analizler sonucunda geometrisi belirlenen ve üretilen diğer bir çark geometrisi olan Çark 2 için 1900 d/d elde edilen mutlak hız değerleri Şekil 4.18’de verilmiştir. Şekilde çark geometrisinde bakış yönümüze göre sol taraftan sağa doğru lazer kaynağından genişleyerek gelen lazer perdesi, ara kanadın arka bölgesinde yansımadan dolayı ara kanadın arkasında düşük kuvvette oluşmuş, kırılmış ve ekseni bozulmuştur. Ölçüm alabilmek için önemli bir parametre olan lazer perdesi tam olarak oluşmadığı için ara kanadın alt kısımda 500 görüntünün birçoğunda yeterli veri alınamamış veya yanlış yönde veya büyüklükte vektörler hesaplanmıştır. Ortalaması alınan görüntülerde bazı ölçümlerin oluşmamasıyla elde edilen vektörler de düşük büyüklükte olmuştur. Bu durum ayrıca tez çalışmasında PIV ile yalnızca bir çark arasında görüntü alınmasının nedenini göstermektedir. Şekilde lazer ışığının kırılmadan ve bozulmadan geçtiği üst bölgede akış yapısı ve vektörler görüntülenebilmiş ve hesaplanabilmiştir. Ancak, ara kanadın alt kısmında ve çark girişinde elde edilen az sayıda vektörün her ne kadar yönü bir miktar doğru olsa da, şekilden de görüldüğü gibi hız vektörü sayısı ve büyüklüğü oldukça farklıdır. Bu lazer perdesi oluşmayan bölge dışındaki yerlerde HAD ile PIV sonuçlarının uyum içerisinde olduğu söylenebilir. Bu geometride ve motor devrinde ara kanattan dolayı, ara kanat alt kısmında difüzör etkisi görülmemektedir. Ara kanadın üst kısmında ise çarkı terk eden hız vektörleri hem HAD hem de PIV de elde edilmiştir.

1900 d/d motor devrinde Çark 2’nin kullanıldığı pompa kademesi için mutlak hız konturları Şekil 4.19’da verilmiştir. Ölçüm bölgesinde sağlıklı veri alınamayan ara kanadın sağındaki bölgeler gri renk ile maskelenmiştir. Ölçüm yapılamayan düşük hız bölgelerine komşu yerlerde de PIV ölçüm prensibinden dolayı bir miktar düşük hız bölgeleri elde edilmiştir. 0.85 debi oranında çark girişinden çark çıkışına doğru düzenli hız artışı görülmektedir. PIV görüntüsünde çark çıkışında ara kanat üst kısmında difüzör kanadının etkisi baskın bir şekilde görülmektedir. Bu bölgede değerler akışkan-yapı etkileşiminden dolayı oluşan ters akış nedeni ile yüksek çıkmaktadır. 1.0 debi oranında difüzör kanadının etkisi kısmen azalmış ve kırmızı ile gösterilen yüksek hız değeri oluşmamıştır. Çarkın ara kanadının üst kısmında kırmızı ile gösterilen en yüksek hız kontur büyüklükleri artan debi miktarı ile deneysel ve sayısal çalışmalarda azalırken, yüksek hız konturlarının büyüklükleri çıkış kısmına doğru yaklaşmaktadır.

Debi / 1d HAD PIV 0.85 1.0 1.2

Alttaki asıl kanadın basma yüzeyinde çıkış kısmına yakın bölgede alttaki difüzör kanadının etkisi hem HAD hem de PIV ile görünse de, alttaki difüzör kanadının alt kısmında HAD ile görülen akış yapısı PIV ile daha az detaylı elde edilebilmiştir. Özellikle 1.0 ve 1.2 debi oranlarında HAD ve PIV verilerinin uyum içinde olduğu söylenebilir. Mutlak hız değerlerinden hesaplanan bağıl hız değerleri ve TKE değerleri kanadın alt kısmındaki maskeli yerde mutlak hız değerleri sağlıklı ölçülemediği için bu geometri için diğer akış karakteristikleri hesaplanmamıştır. Burada skala değerleri 0.4-12.50 m/s hız değerleri arasında oluşmuştur. Çark 1 için oluşan mutlak hız skalasından daha düşük olma nedeni ara kanat görüntüsünün görüntü bölgesi içerisinde kalması ve bu bölgede kanat girişinde oluşan çarpma etkisi ve durma noktası oluşmasıdır. Durma noktasında hız değerleri oldukça düşük olduğu için renk skalası da daha düşük değerlerden başlamıştır.

Debi / 1d HAD PIV 0.85 1.0 1.2

Tasarım devri olan 2850 d/d’da ve tasarım debisin 0.85-1.0 ve 1.15 oranlarındaki mutlak hız vektörleri Şekil 4.20’de verilmiştir. 1900d/d ile aynı pozisyonda ve düzlemde olduğu için bu düzlemde de ara kanadın alt kısmındaki akış özellikleri lazer perdesinin tam oluşamadığı için görülememiştir. Özellikle PIV görüntülerinde asıl kanadın basma yüzeyinde, oluşan gölge etkisinden dolayı bu bölgede küçük hız değerleri elde edilmiştir. Elde edilen vektörler de kanat çıkış genişliğinin ortasında değil, farklı düzleme ait de olabilmektedir. Yani doğruluğu konusunda hataları olmaktadır. Ara kanat altındaki bölgede, gölge etkisinden çıkıldığı alttaki ana kanadın basma yüzeyinde çıkış kısmında hız vektörlerinin aniden büyüdüğü ve bu bölgede vektörlerin HAD ile benzer yapıda olduğu görülmektedir. Artan debi değeri ile birlikte, sabit büyüklükte olan akış alanından çark çıkışına ilerleyen akışın miktarı artacağı için ara kanadın üst kısmındaki mutlak hız vektörlerinin yatay x ekseni ile yaptığı açının arttığı beklenen bir fiziksel sonuç olarak gözlemlenmektedir. HAD değerlerinde ara kanadın alt ve üst kısmının farklı akış karakteristikleri olduğu da görülmektedir. Ara kanat uygulamasının kanattaki çarpma kayıplarını artıracağı ve kavitasyon riskini de artıracağı diğer bir dezavantajı olarak söylenebilir. Ancak toplam enerji transfer yüzeyini artıracağı için gerekli tork değerinin artacağı gibi basma yüksekliğinde de artış elde edileceği söylenebilir.

2850 d/d motor devrinde Çark 2 için mutlak hız konturları Şekil 4.21’de verilmiştir. HAD değerleri incelendiğinde ara kanat giriş bölgesinde oluşan ve mavi ile gösterilen düşük hız bölgesi kanat girişinde bir çarpma kaybı oluşturmakta ve durma noktası oluşturmaktadır. Bu çarpma ve durma etkisi pompa çark analizlerinde genellikle görülen bir durumdur. Tüm debi değerlerinde oluştuğu da görülmektedir. Şekil 4.21’te PIV kısmında 1.0 debi oranında örnek olarak bir görüntüde ölçüm yapılamayan bölge oluşan düşük hızların görülebilmesi için maskelenmemiştir. Bu düşük hız bölgesinde ortalama hız değerleri HAD analizlerinde 3.61-10.06 aralığında gösterilirken PIV ölçümlerinde 2.0-6.8 m/s arasında değiştiği görülmüştür. Bu bölge dışındaki yerlerde akış yapılarının giriş kısmında çıkışa doğru arttığı, akış hızının kanadın basma yüzeyinde emme yüzeyine göre daha yüksek olduğu ve sonuçların da uyumlu olduğu görülmüştür.

Debi / 2d HAD PIV 0.85 1.0 1.15

Debi / 2d HAD PIV 0.85 1.0 1.15