Transcript Slayt 1 - Dumlupınar Üniversitesi

DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
SÜPERSONİK NOZUL TASARIMININ TEORİK VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ
THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF SUPERSONIC NOZZLE DESIGN
Rahmi ÜNAL, Hasan TUZLU
Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Kütahya
ÖZET—türkçe olacak
Nozzles are important parts in rapidly developing technology nowadays. There are significant differences in nozzle design due to the fluid type, inlet and outlet conditions.
Nozzle design is important in atomization for producing metal powders in powder metallurgy. In this study, a supersonic nozzle was designed and produced to produce
metal powder by gas atomization method. Theoretically calculated mass flow rates were compared with the experimental data and the results were discussed.
Anahtar Kelimeler: Powder Metallurgy, Atomization, Supersonic Nozzle. Ödev konusu ile ilgili 3 adet anahtar kelime yazılacak
Nozulun Boyutlandırılması
Giriş
Bu çalışmada, gaz atomizasyon yöntemi ile metal tozu üretiminde
kullanmak amacıyla,
atomizasyon gazını durgun halden yüksek hızlara ulaştırması hedeflenen yüksek verimli bir nozul
tasarlanmıştır. Nozulun yüksek verimli olması için gerekli bütün kriterler incelenmiştir. Teorik
Tasarım ile boyutlandırılan nozul aşağıdaki geometride imal edilmiştir. Nozul 20 adet jetten
meydana gelmektedir.
çalışmanın sonucunda nozul boyutlandırılmış ve imal edilmiştir. Daha sonra nozul performansının
değerlendirilmesi amacıyla kütlesel debi ölçümleri yapılmıştır. Teorik olarak hesaplanan kütlesel debi
değerleri ile deneysel olarak ölçülen debi değerleri karşılaştırılarak sonuçlar değerlendirilmiştir.
Nozul Tipleri
Nozul, simetri ekseni boyunca hareket eden akışkanın hızını
arttırırken basıncını düşüren geometrik yapının adıdır.
Amaç akışkanın hızını ve basıncını kontrol etmek olduğu
zaman nozul ve onun tersi bir geometriye sahip olan
yayıcıların çeşitli kombinasyonları kullanılır. Kullanılan
akışkanın
özelliklerine
ve
istenen
giriş
ve
çıkış
değerlerine göre nozul tasarımı çok büyük farklılıklar
Deneysel Çalışmalar
gösterir.
Tasarımı yapılan nozul imal edilerek sisteme monte edilmiştir. Kütlesel debi ölçüm değerleri
SIEMENS marka debimetre ile çeşitli basınçlarda yapılmıştır. Ölçülen debi değerler çizelgede
Gaz Atomizasyon Yöntemi
Gaz atomizasyon ünitelerinin en önemli kısmı nozul ve atomizasyon sistemidir. Nozul,
verilmiştir.
gaz jetinin akışını kontrol ederek istenen özelliklerde tozun üretimini sağlar.
Atomizasyon sistemi serbest düşmeli veya yakından eşlemeli olarak tasarlanırlar.
Basınç P0
(MPa)
Nozul debisi
kg/dak
1
1,55
1,5
2,25
2
2,88
2,5
3,74
3
4,36
3,5
5,12
4,0
5,95
Teorik Ve Deneysel Sonuçların Karşılaştırılması
Teorik olarak hesaplanmış debi değerleri ile imalatı yapılmış olan nozulda azot gazıyla
yapılan kütlesel debi ölçüm sonuçlarının karşılaştırılması Şekil 11’de verilmiştir. Şekilden
Teorik Yaklaşım
görüleceği üzere teorik çalışma ile deneysel sonuçların birbirine oldukça yakın olduğu
görülmektedir. Basıncın artışı ile sonuçlar arasındaki fark bir miktar artmaktadır. Teorik
Daralan geometriye sahip bir nozulda ulaşılabilecek en yüksek hız ses hızıdır (Ma=1). Hızın daha
fazla artışı ancak daralan kesitten sonra genişleyen bir kesitte gazın genleşmesi sonucu mümkün
hesaplamalar sabit sıcaklıkta yapıldığından dolayı basıncın değişimi ile gaz sıcaklığında
meydana gelen değişimler ortaya çıkan bu farka neden olabilir.
olabilmektedir.
7
Teorik
Deneysel
Kütlesel Debi (kg/dak)
6
Sıkıştırılabilir bir akışkan nozulun daralan kesite girişinde yaklaşık sıfır hıza sahiptir ve daralan
kesitin içerisinde hızlanarak boğazda ses hızına kadar ulaşır. Darboğazdan sonra gaz genleşerek
5
4
3
2
hızı artar ve tasarlanan Mach sayısına ulaşılır. Nozul analizinde yakınsak ve ıraksak kısım ayrı ayrı
1
incelenerek hesaplamalar yapılmıştır. Nozulun yakınsak kısmında ses hızına ulaşmak için giriş ve
0
0
çıkış basınç oranının sağlanması gerekir:

P0
  1 2  1
 (1 
Me )
Pe
2
Burada, giriş basıncı P0, çıkış basıncı Pe,
3
4
5
Teorik olarak hesaplanmış debi değerleri ile deneysel sonuçların karşılaştırılması
çıkıştaki Mach sayısı Me,
Gaz sabiti ’dır.
SONUÇLAR
yüzeyde gazın akışında genleşme açısını () veren temel denklem kullanılarak analiz yapılmıştır.
 cot 

   tan 

(
90
)

  
2
Gaz Basıncı (MPa)
Nozulun ıraksayan kısmında gazın akışı Prandtl ve Meyer genleşmesi ile açıklanmaktadır. Açılı bir
1
1
 İstenilen
gaz çıkış hızını (Ma=2,5) elde edebilmek amacıyla süpersonik nozul
boyutlarının teorik olarak hesaplanması yapılan çalışma ile gerçekleştirilmiştir.
 Deneysel ölçümler ile teorik olarak hesaplanan debi değerlerinin birbirine oldukça
Burada, Mach açısı ()
1
  sin 1
M
yakın değerlerde çıkması tasarımın başarısını ortaya koymuştur.
 1
 
 1
2
 Ortaya
konan tasarım yaklaşımı sayesinde istenen debi değerlerinin ve gaz çıkış
hızlarının yeni tasarımlar ile elde edilebilmesi mümkündür.