Valf–Armatür Akışı: CFD Modelleme Yaptırma

Bir proses hattında “akışa hükmeden gerçek karar noktaları” borular değil, valf ve armatürlerdir: küresel vana (ball), selonoid, iğneli (needle), sürgülü (gate), glob, kelebek (butterfly), çek (check), basınç düşürücü (PRV), kontrol vanası, filtre–süzgeç, kondens potu, orifis plakası, kısacası akışın hızını, yönünü, basıncını ve fazını değiştiren her parça. Bu elemanların içinden geçerken akış, ivmelenir, daralır, ayrıma uğrar, yeniden bağlanır, türbülans üretir, kavite oluşturur, gürültüye dönüşür, hatta iki fazlı karışımlarda erozyon ve kavitasyonla ömür tüketir.

1) Valf İç Akışının Anatomisi: Daralma, Ayrılma ve Yeniden Bağlanma

Valf gövdeleri ile iç parçaların (plug, disk, ball, klape) geometrik ilişkisi, akış çizgilerini “boğaz” (vena contracta) çevresinde yoğunlaştırır: burada hız artar, statik basınç düşer, sonra ayrılma–yeniden bağlanma döngüsü başlar. Bu döngü, basınç kaybı, türbülans üretimi, kavitasyon potansiyeli ve gürültü için belirleyicidir. İlk prensip: boğazı doğru tanımla, ayrılma bölgelerini görünür kıl, yeniden bağlanmayı izlemeye al.

Uygulama: Glob vanada %30 açıklıkta vena contracta hemen ardından genişleyen gövdede ayrılma görüldü; disk konturunda küçük yumuşatma ile ayrılma kabarcığı kısaldı, $\Delta p$ düşerken gürültü tahmini de iyileşti.

2) Geometri Hazırlığı: Açılma Yüzdeleri Birer Ayrı “Ürün”

Bir kontrol vanası %10, %25, %50, %75, %100 açıklıkta farklı bir ürün gibidir; her biri yeni bir akış mekaniği üretir. Model kütüphanesi, bu açılma yüzdelerini ayrı konfigürasyon olarak saklamalıdır. Basitleştirme yapılacaksa hidrolik bakımdan etkin konturlar korunmalı; boğaz çevresinde keskin kenarlar gerçekçilik için aynen bırakılmalıdır.

Karar cümlesi: “Açılma yüzdesi = ayrı CFD dosyası.” Her dosyada tek bir değişkeni değiştir: açıklık, Q veya p sınır koşulu—geri kalanı sabit tut ki sonuçlar karşılaştırılabilir olsun.

3) Mesh Stratejisi: Boğaz–Sınır Tabakası–Ayrılma Cebi Üçgeni

Valf içindeki kritik üç bölge için mesh yerelleştirme şarttır:

• Boğaz: Hız ve türbülans üretimi tepe yapar; hücresel inceleme zorunlu.

• Sınır tabakası: Yüzey sürtünmesini ve ayrılma çizgilerini yakalamak için y+ hedefleri ve çok katmanlı prismatik hücreler.

• Ayrılma cebleri ve yeniden bağlanma: Adaptif yerelleştirme ve kalite kontrol.

Örnek: Kelebek vanada orta açıklıkta kanat arkasında ayrılma cebi; yerel mesh refinement ile cebi kısaltan kanat ucu modifikasyonu önerildi; $\Delta p$/Cv eğrisi doğruldu.

4) Türbülans Modeli Seçimi: RANS mı, Scale-Resolving mi?

• RANS (k-ε, realizable k-ε, k-ω SST): Hızlı; çok konfigürasyon taraması için uygun; ayrılma–yeniden bağlanmayı “ortalama” olarak verir.

• SRS/LES/DES: Gürültü, ayrıntılı girdap dinamiği ve transiyentlerde üstün; maliyetlidir.

Karar cümlesi: Tasarım taraması için k-ω SST ile başla; gürültü ve kavitasyon riskli tek–iki kritik açıklığı DES/LES ile doğrula. Böylece hız + güven dengesi kurulur.

5) Sınır Koşulları: Q–p ve Cv/Kv Dünya Dili

Valflerin küresel performansı Cv/Kv ile ifade edilir. CFD’de debimetre rejimi (Q sabit, çıkış basıncı serbest) veya basınç düşümü rejimi (p_in–p_out sabit, Q serbest) tercih edilir. Her iki rejim için ayrı karakteristik eğriler üret ve raporda kesişen noktaları işaretle.

Uygulama: Aynı vana için Q-sabit ve Δp-sabit koşuları yan yana konunca, %25 açıklıkta farklı ayrılma paternleri görüldü; deney kurulumu Δp-sabit olduğundan o rejimin eğrisi işletme kararı için esas alındı.

6) Kavitasyon: Vena Contracta’nın Karanlık Tarafı

Boğazdaki statik basınç, akışkanın buhar basıncının altına düşünce kavitasyon çekirdekleri doğar; kabarcıklar aşağıda çöker, yüzeyleri erozyon–gürültü ile yıpratır. CFD’de barotropik–Rayleigh–Plesset benzeri kavitasyon modelleri ile, buhar hacim kesri ve kavitasyon indeksi haritaları üretilmelidir.

Örnek: Basınç düşürücü vanada Δp arttıkça kavitasyon bölgesi disk–seat aralığında büyüdü; disk kenarı radyüsü + mini çok delikli trim ile kabarcıkların çökme yeri çekirdekte tutuldu, gövde duvarına vuran piki azaldı.

7) Sıkıştırılabilir Akış ve “Choked Flow”: Gaz Vanalarının İnceliği

Gaz vanalarında boğazda Mach ~1 yakalanırsa choked (boğulmuş) akış gelişir; debi artık Δp artışına duyarsızlaşır. Sıkıştırılabilir CFD koşusunda enerji denklemi, doğru gaz modeli ve akustik hız hesabı şarttır. Choked rejimi, kontrol stratejisinde maksimum kapasite noktasıdır.

Karar cümlesi: Gaz hatlarında, Cv/Kv eğrisini Mach sayısı ve kritik basınç oranı haritasıyla birlikte raporla; operatörün “neden daha fazla açsak da akış artmıyor?” sorusunu kanıtla yanıtla.

8) Kontrol Vanasında Karakteristik: Equal Percentage, Linear, Quick-Opening

Kontrol vanalarının karakteristik eğrisi (giriş–çıkış ilişkisi) yalnız mekanik değil, akış–Δp etkileşimiyle şekillenir. CFD ile elde edilen Q–açıklık–Δp uzayından, gerçek I/P–aktüatör eğrisiyle birleştirilmiş kontrol gain haritası çıkarmak, av–kaç ve hunting sorunlarını tasarım aşamasında görmemizi sağlar.

Uygulama: “Equal percentage” kurgulu bir trim, proses Δp koşullarında fiiliyatta “quasi-linear” davrandı; aktüatör kazancı yeniden ayarlanarak düşük açıklıkta salınım bastırıldı.

9) Hareketli Ağ (Dynamic Mesh) ve Transiyent: Aç–Kapa Gerçeği

Aç–kapa sırasında kapak, disk veya ball zamanla hareket eder; akış transiyent tepki verir. Dynamic mesh ile hareket zaman bağımlı koşturulmalı; vana–boru ekosistemi kısa basınç darbeleri ve hız pikleri açısından incelenmelidir.

Örnek: Kelebek vanada hızlı kapanışta aşağı akımda basınç sıçraması görüldü; kapanış süresi ve kanat hız profili yeniden tanımlandı; darbe kontrol sınırları sağlandı.

10) Çok Fazlı Akış: Slurry, Gaz–Sıvı, Buhar–Kondens

Çoğu gerçek proses tek faz değildir. Katı parçacık taşıyan slurry’lerde erosif akış, gaz–sıvı sistemlerde faz dağılımı ve ayrılma valf içi geometriyle kuvvetle etkileşir. Euler–Euler veya Euler–Lagrange yaklaşımıyla parçacık akı yoğunlukları, duvar çarpma açıları ve yerel aşınma haritaları üretilebilir.

Vaka: Desander sonrası globe vanada parçacık duvar çarpma açısı daraltıldı; disk–seat ömrü iki katına çıktı; bakım aralığı uzadı.

11) Erozyon–Korozyon Ömrü: CFD’yi Bakım Planına Bağlamak

Kavitasyon ve slurry koşullarında erozyon kaçınılmazdır. Yerel hız–türbülans–parçacık yükü ile aşınma hızı tahmini yapıp, ömür haritası üretmek; yedek parça stok planı ve revizyon zamanı için altın değerindedir.

Karar cümlesi: CFD çıktısı yalnız “görsel” değil, bakım takvimi üretmeli: “Disk kenarı 8.000 saat, seat 12.000 saat sonra kritik eşiğe yaklaşır.”

12) Gürültü ve Aeroakustik: dB, Rahatlık ve Regülasyon

Yüksek hız ve kavitasyon, gürültü demektir. Akustik enerji tahmini için akustik analog yaklaşımlar (örn. FW–H) veya akustik kaynak terimi bazlı yöntemlerle 1/3 oktav bant seviyeleri öngörülebilir. Gürültü haritaları, ses bariyeri ve trim optimizasyonunu sayıya bağlar.

Örnek: Basınç düşürücü vanada çok delikli trim ile tonal bileşen azaldı; bant gücü aşağı kaydı; operatör alanındaki dB seviyesi regülasyon limitlerinin altına indi.

13) Su Koçu–Valf Darbesi Eş Modellemesi: 1D–3D Köprüsü

Hızlı kapanan vanalarda water hammer (su koçu) 1D hat modeliyle (ör. karakteristikler metodu) yakalanır; valf içi 3D yerel dinamikler ise CFD ile. Co-simulation ile 1D–3D köprüsü kurulduğunda, gerçek darbe paternleri ve tepe basınç–hız değerleri yerinde görünür.

Uygulama: İletim hattında çek vanası “slam” yapıyordu; 1D–3D birlikte koşturuldu; kapama yay karakteristiği ve disk kütlesi ayarlanarak tepe darbe %35 azaltıldı.

14) Aktüatör–Kontrol Eş Simülasyonu: Mekanikle Otomasyonun Dansı

Kontrol vanası, I/P dönüştürücü, pozisyoner ve aktüatör zinciriyle çalışır. Simulink/AMESim gibi araçlardaki aktüatör modeli ile CFD’den türetilen Q–Δp–açıklık yüzeyi eş simülasyon ortamında birleştirilirse, kapalı çevrim kararlı mı değil mi, önceden görülür.

Örnek: Düşük açıklık bandında “hunting” tespit edildi; pozisyonerde ölü bant ve türev kazancı değiştirildi; salınım söndü.

15) Filtre–Süzgeç ve Armatür Eklentileri: Yerel Kayıp Katsayılarının Gerçeği

Süzgeç–filtre–orifis–dirsek gibi yerel kayıp üreten armatürler, valfle yakın konumda olduğunda akış paternini değiştirir. CFD’de kompozit modelle valf–armatür etkileşimini aynı anda çözmek, tek tek K katsayısı toplamaktan daha gerçekçidir.

Karar cümlesi: Valfle 2–3 D’den daha yakın yerel kayıp elemanı varsa tek model içinde çöz; yoksa ayrı tut ama giriş–çıkış profilini ölçü/CFD ile doğru aktar.

16) Soğuk–Sıcak–Kriyojenik: Viskozite–Yoğunluk ve Faz Dengesi

Aşırı soğuk (kriyojenik) veya çok sıcak akışlarda özellikler hızla değişir. Sıcaklık bağımlı viskozite–yoğunluk–buhar basıncı ile kavitasyon ve gürültü yeni bir çehre kazanır. Elde edilen Cv/Kv eğrileri, sıcaklıkla haritalanmalıdır.

Vaka: Kriyojenik hat vanasında %50 açıklıkta choked akış kritik orana daha erken girdi; aktüatör kazancı soğuk koşula göre yeniden ayarlandı.

17) V&V: Cv/Kv, K Kayıp Katsayıları ve Basınç Düşümü Testleri

CFD’nin gerçeğe bağlandığı yer testtir. Cv/Kv ölçüleri, Δp–Q eğrileri, kavitasyon eşiği, akustik ölçümler ve yüksek hızlı kamera görüntüleri modelin V&V adımlarına girer. Farklar şeffaf yazılmalı; model parametreleri “az ama etkili” düzeltmelerle güncellenmelidir.

Uygulama: %25–%50 açıklıkta CFD–test arasında Δp farkı %7–9 bandında kaldı; k-ε’den SST’ye geçiş farkı %4’e indi; rapor güncellendi.

18) QA ve Arşiv: Aynısını Yarın Üretebilmek

• Girdi kapısı: Geometri sürümü, akışkan verisi (ρ–μ–pv–c), sınır koşulu seti (Q/Δp), türbülans/kavitasyon/akustik ayarları.

• Model kapısı: Mesh kalite–yakınsama notları, y+ hedefleri, adaptif refinement adımları, transiyent zaman adımı politikası.

• Çıktı kapısı: Cv/Kv–Δp–Q eğrileri, kavitasyon haritaları, gürültü bantları, ömür/erozyon izdüşümleri, kabul/koşullu kabul cümleleri.
  Arşiv salt okunur, sürüm–tarih–hash damgalı; “aynısını yeniden üret” talebi tek oturumda karşılanır.

19) Kapsamlı Vaka 1 – Glob Kontrol Vanası (Sıvı, Kavitasyon Riski)

Bağlam: Yüksek Δp, orta sıcaklık, tek faz sıvı.
Akış: SST RANS ile tarama; kritik açıklıkta kavitasyon modeli; çok delikli trim önerisi; akustik tahmin.
Sonuç: Kavitasyon alanı disk–seat içinde tutuldu; dB seviyesi limit altında; Cv/Kv eğrisi testle uyumlu—koşulsuz kabul.

20) Kapsamlı Vaka 2 – Kelebek Vanası (Gaz, Choked Akış ve Gürültü)

Bağlam: Doğal gaz hattı, orta basınç, yüksek hız.
Akış: Enerji denklemi; Mach haritası; DES ile kritik açıklık doğrulaması; akustik model.
Sonuç: Choked sınır netleşti; orta açıklıkta kanat konturu revizyonuyla tonal tepe bastırıldı; kontrol kazancı yeniden ayarlandı.

21) Kapsamlı Vaka 3 – Çek Vanası (Slam Darbesi ve 1D–3D Eşsimülasyon)

Bağlam: Pompa çıkışı; kapanışta slam ve water hammer şikâyeti.
Akış: 1D hat modeli + 3D valf iç akışı; disk kütlesi ve yay sabiti taraması; kapanış eğrisi optimizasyonu.
Sonuç: Tepe darbe %35 düştü; pompa bearing titreşimleri azaldı; bakım periyodu uzadı.

22) Saha–Bakım–Operasyon Üçlüsü: CFD’yi “Karara” Çevirme

CFD çıktısı bakım ve operasyon planına yazılmadıkça “resim” olarak kalır. Bu nedenle her raporun sonunda:

• Bakım önerileri: Seat/disk ömür, yedek parça stoku, kontrol listesi.

• Operasyon kılavuzu: Aç–kapa süreleri, kritik açıklık bantları, yeniden sıkma–trim kontrol adımları.

• İyileştirme aksiyonları: Trim delik dizilimi, kenar radyüsü, pozisyoner ayarı, gürültü bariyeri.

23) Yol Haritası: Bugün–Yarın–Öbür Gün

• Kısa vadede: Açılma yüzdesi kütüphanesi; SST taraması + kritik LES; kavitasyon ve akustik hızlı şablonları.

• Orta vadede: 1D–3D eşsimülasyon köprüsü; erozyon–ömür haritaları; aktüatör–CFD kapalı çevrim modeli.

• Uzun vadede: Dijital ikiz—Δp, Q, gürültü ve titreşim sensörleriyle mini tarama tetikleyen otomasyon; PLM’de gereksinim–kanıt bağları.

Valf–armatür CFD modelleme yaptırmak, bir “renkli akış görselleştirme” işi değildir. Bu, boğaz–ayrılma–yeniden bağlanma mekaniğini doğru yakalayan mesh–model–sınır koşulu üçlüsünü; kavitasyon–gürültü–erozyon risklerini sayıya vuran kapsamlı bir analiz hattı hâline getirmektir. Doğru RANS/SRS stratejisiyle geniş açıklık–Δp–Q uzayı taranır; kritik birkaç nokta LES/DES ile derinleştirilir. Kavitasyon varsa kabarcığın nerede doğup nerede çöktüğü, gövde–trim–seat ömrünün kaderini belirler; akustik modellemeyle dB seviyeleri öngörülür ve trim–kenar–bariyer kararları kanıt ile verilir. Sıkıştırılabilir akışlarda choked sınır, kontrol stratejisi için pusuladır. Dynamic mesh ile aç–kapa transiyentleri ve water hammer senaryoları gerçek hayattaki darbe paternlerine yaklaşır.

Bütün bunlar, V&V/QA/Arşiv kültürüyle denetimde savunulabilir bir kanıt zincirine dönüşür: Cv/Kv eğrisi yalnız çizim değil, testle konuşan bir eğri olur; gürültü tahmini yalnız bir sayı değil, operatör güvenliği planına bağlanır; erozyon haritası yalnız bir renk değil, yedek parça ve bakım takvimi demektir. Böyle bir kültür yerleştiğinde, valf–armatür kararları “uzman sezgisi” olmaktan çıkıp kurumsal öğrenmeye dönüşür; her yeni vana için “sıfırdan başlamak” yerine şablon–kütüphane–otomasyon üzerinden hızla karar–kanıt–aksiyon üretirsiniz.

Modelleme, günümüzde yalnızca tasarım süreçlerinin bir parçası değil; aynı zamanda düşünce biçimlerini dönüştüren, analiz kabiliyetini artıran ve fikirleri görünür kılan güçlü bir araç olarak öne çıkıyor. Mimarlıktan mühendisliğe, oyun tasarımından veri görselleştirmeye kadar birçok alanda modelleme, karmaşık yapıları anlaşılır hale getirmek ve çok boyutlu düşünmek için kullanılıyor. Bireyin bir fikri somutlaştırma yolculuğunda modelleme, hem yaratıcı hem de sistematik bir yol sunuyor.

Bu platformda modellemeye tek bir açıdan yaklaşmıyoruz. Üç boyutlu (3D) modelleme elbette temel başlıklardan biri; ancak mimari modelleme, endüstriyel ürün tasarımı, karakter modelleme, veri ve sistem modelleme, parametrik tasarım gibi çok daha geniş bir çerçeveyi kapsıyoruz. Amacımız yalnızca teknik bilgi vermek değil; aynı zamanda modelleme pratiğinin arkasındaki düşünsel yapıyı, yöntemleri ve farklı disiplinlerdeki uygulama biçimlerini de görünür kılmak. Böylece bu alanla ilgilenen herkes, sadece nasıl yapılacağını değil, neden ve hangi bağlamda yapıldığını da anlayabiliyor.

Akademik bir yaklaşımla hazırlanan bu site, hem öğrenmek isteyenlere hem de bilgisini derinleştirmek isteyen profesyonellere hitap ediyor. Teknik içerikler, güncel yazılım önerileri, örnek projeler ve yöntem yazılarıyla zenginleştirilmiş bir yapı sunuyoruz. Modelleme, yalnızca bilgisayar destekli bir üretim süreci değil; aynı zamanda düşüncenin yeniden yapılandırılmasıdır. Bu doğrultuda, hem uygulamaya hem de teoriye dokunan içeriklerle, farklı alanlardaki modelleme meraklılarını ortak bir bilgi zemini etrafında buluşturmak istiyoruz.