ÖNSÖZ
Çalışmamın istenen başarı düzeyinde ve yararlı olması amacıyla yardımlarını esirgemeyen danışman hocam Doç. Dr. Hakan Serhad SOYDAN'a, tecrübeleriyle daha ileriyi görmemizi sağlayan hocam Doç. Dr. Halit YAŞAR'a, her türlü maddi manevi desteği esirgemeyen Osman YILDIRIM'a ve analiz konusunda tecrübelerinden ve derslerinden yararlandığım GoEngineer sunucusu Tony Botting'e teşekkürlerimi borç bilirim.
Haziran, 2014
Ahmet OKUDAN
1
Sayfa
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ
1
İÇİNDEKİLER
2
SEMBOL LİSTESİ
5
ŞEKİL LİSTESİ
6
ÖZET, ANAHTAR SÖZCÜKLER
8
ABSTRACT, KEY WORD
9
1. GİRİŞ
10
1.1 Aerodinamik Kuvvetlere Giriş
12
1.2 Sayısal Yazılımların Araştırmadaki Yeri
12
1.3 Çalışmanın Amacı
13
1.4 CFD Yazılımlarının Kullanım Alanları
14
2. YAZILIM
14
2.1 Sayısal Akışkan Analizine Giriş
14
2.1.2 Gerçekçi Analiz
15
3. AERODİNAMİK
16
3.1 Aerodinamik Kuvvetler
16
3.2.1 Sürüklenme kuvveti
16
3.2.2 Kaldırma kuvveti
18
3.2.3 Yanal kuvvet
19
3.3 Sürüklenme Katsayısının Doğruluk Analizi
19
2
4. SAYISAL AKIŞKANLAR ANALİZİ UYGULAMASI
23
4.1 Tasarım
23
4.1.2 Kullanılacak araç modelleri
23
4.2 Ağ Yapısı
24
4.3 Özel Koşullar
26
4.3.1 Isı transferi
26
4.3.2 Dönel cisimler
26
4.3.2.1 Dönel cisimlerin simülasyon öncesi testi
27
4.3.2.2 Hava akış alanı
28
4.3.2.3 Dönel cisimler analizi sonuçları değerlendirmesi
29
4.3.3 Rotasyonun araca uygulanması
30
4.3.3.1 Rotasyon uygulanan aracın sonuçlarının değerlendirilmesi
30
4.4 Yol Etkisi
31
4.4.1 Yol etkisinin simülasyona etkisinin değerlendirilmesi
32
4.5 Goals
32
4.6 Gerçekçi Senaryo Analizleri
34
4.6.1 Kaldırma kuvveti ve sürüklenme katsayısının görüntülenmesi
35
4.6.2 Sürüklenme katsayısının hıza bağlılığı
36
4.7 Plot Menüsü ile Sonuçların Görüntülenmesi
40
4.7.1 Surface plot
40
4.7.2 Cut plot
42
4.7.3 Flow Trajectories
43
3
4.8 Yakın Sürüş ve Özellikleri
45
4.8.1 Yakın sürüşün etkileri
46
4.8.1.1 Yakın sürüşün pozitif yönleri
46
4.8.1.2 Yakın sürüşün negatif etkileri
47
5. İLERİ ANALİZ
48
5.1 Simülasyon Özellikleri
48
6. BENZERLİK ANALİZİNE GİRİŞ
50
6.1 Geometrik Benzerlik
50
6.2 Kinematik Benzerlik
50
6.3 Dinamik Benzerlik
51
6.4 Benzerlik Analizi
51
6.4.1 Konfigürasyon oluşturma
52
6.4.1 Benzerlik analizinin değerlendirilmesi
54
7. SONUÇ VE TARTIŞMA
55
KAYNAKLAR
56
4
SEMBOL LİSTESİ
Simge
Simge Adı
Birimi
CD
Sürükleme katsayısı
CL
Kaldırma katsayısı
CP
Statik basınç katsayısı
FD
Sürükleme kuvveti (drag force)
N
FL
Kaldırma kuvveti (lift force)
N
FY
Yanal kuvvet
N
L
Taşıtın karakteristik uzunluğu
m
A
Taşıt kesit alanını
m2
V
Taşıtın rüzgâra göre bağıl hızı
m/s
g
Yerçekimi ivmesi
m/s2
a
İvme
m/s2
m
Kütle
kg
ρ
Yoğunluk
kg/m3
t
Zaman
s
P
Statik basınç
Pa
5
ŞEKİL LİSTESİ
Şekil No
Şekil adı
Sayfa
Şekil 1.1
Hava akışının duman yöntemi ile izlenmesi
11
Şekil 1.2
Simülasyonlarda kullanılacak ve tanıtılacak yazılım.
13
Şekil 1.3
BMW Firması Ar-Ge mühendisinin I8 Concept Modelini CFD ile Analizi
13
Şekil 3.1
Kesit alanının, program özelliğe ile okunması
17
Şekil 3.1.2
Kesit alanı özelliği ile projeksiyon alanının bulunması
17
Şekil 3.3.1
Kutunun hava akış analizinin incelenmesi
20
Şekil 3.3.2
Kutunun hava akış analizi verileri
20
Şekil 3.3.3
Yuvarlatılmış cismin hava akışı analizi incelenmesi
21
Şekil 3.3.4
Yuvarlatılmış cismin hava akış analizi verileri
21
Şekil 3.3.5
Damla formundaki cismin hava akış analizinin incelenmesi
22
Şekil 3.3.6
Damla formundaki cismin hava akış analizi verileri
22
Şekil 4.1.1
Solid tasalanan Formula-1 F1 aracı
23
Şekil 4.2.2
Solid tasarlanan Man Actros yük taşıma aracı
24
Şekil 4.1.3
Solid tasarlanan BMW i8 Concept aracı
24
Şekil 4.3
Mesh edilmiş bir araç ve parçaları
25
Şekil 4.4
Özel koşulların simülatöre tanıtılması
26
Şekil 4.5
Tekerlek hareketinin, hava hareketlerini değiştirmesi
27
Şekil 4.6
Test edilecek tekerlek modeli ve simülasyona hazırlık
27
Şekil 4.7
Simülasyon sihirbazına rotasyonun belirtilmesi
28
Şekil 4.8
Hesaplama alanı (computational domain)'nın belirlenmesi
29
Şekil 4.9
Cut-plot ve flow-trajectories ile elde edilen sonuçlar
29
Şekil 4.10
Rotasyonsuz akış analizi
30
Şekil 4.11
Rotasyonlu akış analizi
30
Şekil 4.12
Yol etkisinin analizden dışlanılması
31
Şekil 4.13
Yol etkisinin analize entegre edilmesi
31
6
Şekil 4.14
Goals ara yüzünden görüntülenebilecek sonuçlar.
Şekil 4.15
Araca gelen normal kuvvet ve sürüklenme katsayısının 33
görüntülenmesi örneği Şekil 4.16
33
Yol ve gerçekçi etkiler dahil edilmiş simülasyonun hazırlanması
34
Şekil 4.17
Simülasyon çözümleyici ara yüzü
35
Şekil 4.18
Goals ara yüzünden alınan sonuçlar
36
Şekil 4.19
10m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
37
Şekil 4.20
30m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
37
Şekil 4.21
60m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
38
Şekil 4.22
90m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
38
Şekil 4.23
120m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
39
Şekil 4.24
Hıza bağlı araca gelen kuvvet diyagramı
40
Şekil 4.7.1
100m/s hızla giden aracın yüzeyindeki basınç dağılımı
41
Şekil 4.7.2
100m/s hızla giden aracın hava akımı nedeniyle ısınması ve sıcaklık gradyanı
41
Şekil 4.7.3
100m/s hız ile giden aracın yanal basınç dağılımı
42
Şekil 4.7.4
100m/s hızla giden aracın havayı ısıtmasının görüntülenmesi.
42
Şekil 4.7.5
100m/s hızla giden araca çarpan hava akımının izlediği yol
43
Şekil 4.7.6
100m/s hızla giden araçtaki hava hareketinin açılı gösterimi
44
Şekil 4.7.7
Yol etkisi ile 100m/s hızla giden araçtaki hava akımı
44
Şekil 4.7.8
Yol etkisi dışlandığında 100m/s hızla giden araçtaki hava akımı
44
Şekil 4.7.9
Yol etkisi dışlandığında okunan değerler
45
Şekil 4.8.1
100m/s ile giden aracın arkasında sürüş hız-plot gradyanı
46
Şekil 4.8.2
100m/s hızla seyreden iki aracın birbirlerine bağlı büyüklük değerleri
46
Şekil 5.1
10. Segment analizi çözümleyici ara yüzü
49
Şekil 6.1
Benzerlik analizinde kullanılacak araçlar
52
Şekil 6.2
Gerçek boyutlardaki aracın analiz verileri
53
Şekil 6.3
1/10 Ölçekli aracın analiz verileri
53
7
ÖZET
MODEL ARAÇLARIN AERODİNAMİK YAPILARININ GERÇEĞE YAKIN ORTAMLARDA SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZİ Ahmet OKUDAN Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği (Lisans Tezi, Tez Danışmanı: Doç. Dr. Hakan Serhad SOYHAN) Sakarya, 2014 Bu tez çalışmasında, SOLIDWORKS 2012 Premium’da tasarlanan Ferrari F1, BMW i8 Concept, Mercedes Actros gibi araba ve taşıtlara "Solidworks FFE (Flow Finite Elements ) Flow Simulation" kullanılarak üç-boyutlu SAD (Sayısal Akışkanlar Dinamiği) hava akış simülasyonu uygulandı. Sonlu elemanlar yönteminde ağ yapısı program dinamiğince oluşturuldu. Simülasyon esnasında sürükleme ve kaldırma kuvvetleri ve kritik noktalar gözlemlendi.
Kaldırma ve sürükleme katsayıları gibi aerodinamik karakteristikler “Goals” ara yüzü kullanılarak hesaplandı. Aracın yüzeyinde ve çevresindeki, hız, basınç, termal ve sürtünme dağılımları; akış çizgileri, vektörler ve eş büyüklük eğrileri şeklinde grafik olarak gösterildi.
Simülasyonlar; gerçekçi ve basit olmak üzere iki kısımda incelendi. Basit simülasyonlarda araca sadece hava akımı verilerek, gerçekçi simülasyonlarda ise, araç tekerleklerine, akış hızına bağlı bir dönme sayısı verilerek; yol ve ısı gibi etmenler de göz önünde bulundurularak hesaplandı.
ANAHTAR SÖZCÜKLER: aerodinamik / sayısal akışkanlar yöntemi / ağ yapısı / sürüklenme katsayısı 8
ABSTRACT
AERODYNAMIC ANALYSIS OF VEHICLE MODELS IN REALISTIC ENVIROMENTS SIMULATION WITH FINITE ELEMENT METHOD
Ahmet OKUDAN Sakarya Univercity, Faculty of Engineering Mechanical Engineering (Thesis / Supervisor: Assoc. Dr. Hakan Serhad SOYDAN) Sakarya, 2014
In this study of thesis, three-dimensional CFD (Computational Fluids Dynamic) simulation of airflow using Solidworks FEE (Flow Finite Elements ) Flow Simulation was performed on Ferrari F1, BMW i8 Concept, Mercedes Actros cars and vechiles designed in SOLIDWORKS 2012 Premium. Mesh generation was produced by software dynamics. Lift and drag forces and critical points monitored during calculation.
The aerodynamic characteristics such as lift and drag coefficients were calculated by using "Goals". Velocity and pressure distributions on the surface and around of the car were presented as graphically with streamlines, vectors and contours.
The simulations was examination two section by undermanding and realistic. The simple simulations made with only air movement. And the realistic simulations made with air movement, boundary conditions, road and heat transfer factor.
KEY WORDS: aerodynamics / computational fluids dynamic / drag coefficient / mesh generation 9
1. GİRİŞ
Son yıllarda mühendisler, insanların ihtiyaçları karşılamaktan çok, en mükemmeli ve en kusursuzu araştırmaya ve geliştirmeye başladılar. Sonlu elemanlar yöntemi ile akışkanlar analizi, bu araştırmaları kolaylaştırmıştır.
Aerodinamik, bir bilim dalı olarak havanın kuvvete etkisini inceler. Günümüzde genel olarak uçak ve otomobil sektöründe önem kazanmış ve gelişme göstermiştir.
Üretilen aracın ekonomik ve süratli olabilmesi için aerodinamik değerlerinin iyi hesaplanması gerekir.Karayolu araçlarında hava direncinden kaynaklanan kayıplar şunlardır ; - Termodinamik Kayıplar - Transmisyon Kayıplar - Yuvarlama Kayıpları - İvme Kayıpları
Havanın araç üzerindeki sürtünmesi ne kadar pürüzsüz ve kesintisiz olursa o kadar başarılı sonuçlar alınmaktadır. Bu amaca yönelik olarak kapı camlarının ve farlarının araç kaportasıyla bir yüzeyde dizayn edilmesi, yan aynaların aerodinamik özellik taşıması, ön ve arka camların daha yatık bir şekilde tasarlanması, lastik oyuklarının genişletilmesi, çamurlukların örtülmesi, ön ve arka tekerlekler arasına etekler yerleştirilmesi, araç altındaki girinti ve çıkıntıların kamufle edilerek düzleştirilmesi ve ön panel altına hava kesiciler yerleştirilmesi gibi çalışmalar yapılmaktadır.
10
Şekil 1.1: Hava akışının duman yöntemi ile izlenmesi [1]
Günümüzde yukarıdaki çalışmalar yapılarak hava direnç katsayısı; Binek araçlarda :
0.25′e
Otobüslerde:
0.5′e
Motosikletlerde:
0.4′e
Kamyonlarda:
0.65′e
kadar düşürülmüştür. Kara yolu araçlarında seyir halindeyken açık bir pencerenin bulunması, bagajdaki 20 kg’lık bir yükün oluşturduğu yere yakınlaşma veya kullanılan lastiklerin daha kalın lastiklerle değiştirilmesi hava direnç katsayısında %10-12′lik bir artışa neden olur. Aerodinamik değerleri en aza düşürme konusundaki rekor 0.182 ile Mercedes’in C111 serisindedir. [2]
11
1.1 Aerodinamik Kuvvetlere Giriş
Hortum , tayfun gibi şiddetli rüzgarların tehlikeli olmalarının bir nedeni alçaktan eserek yukarı doğru basınç oluşturması ve önüne çıkan herhangi bir kütleyi yukarı doğru savurmasıdır. Bu tipte bir etki de hızlı otomobillerde meydana gelir. Aracın hızı arttıkça üzerindeki basınç düşer, düşen basınç araç üzerinde emme etkisi yapar ve alttan giren hava aracı yukarı kaldırmak için kuvvet uygular. Oluşan bu basınç aracın tekerleklerinin zeminle temasını en aza indirir. Bu etki virajlarda aracın savrulmasına veya takla atmasına neden olabilir. Bu nedenle yarış otomobillerinin alt yapısına eğrilik verilir fakat yine de bu etkinin önüne tam olarak geçilemez. Süratli giden yarış arabasını rüzgar zemine adeta yapıştırır, diğer yandan aracın altına giren hava aracı kaldırmak için etki yapar.
Binek araçlarda tehlike bu boyutlarda değildir fakat savrulma riski vardır. Porsche 1966′dan 1969′a kadar ürettiği 911 modelinde ağırlığı artırarak soruna pratik bir çözüm bulmuştur. Aracın ön tarafına döküm demir, sağ ve sol tarafına birer akü koyarak aracın yere yapışmasını sağlamıştır. Daha akıllıca bir çözüm ise spoiler (rüzgarlık) kullanımı ile gelmiştir.
1.2 Sayısal Yazılımların Araştırma Geliştirmedeki Yeri
Hava hareketlerinin araç üzerindeki etkilerinin araştırmak için kurulan rüzgar tünelleri ve araştırma tesisleri, ilk yatırım maliyeti olarak çok pahalıdır. Bu maliyeti en aza indirmek isteyen firmalar Ar-Ge çalışmalarına bilgisayar ortamında ağırlık vermiştir. Prototipe gerek kalmadan, bilgisayar ortamında tasarlanan solid (katı model) araç modeli üzerinde, sonlu elemanlar yöntemi ile kolayca akışkan analizi yapılabilir. Bu süreç modeli oluşturduktan sonra deneme yanılma yöntemini hızlandırır.
12
1.3 Çalışmanın Amacı
Çalışmanın amacı, gelişen bilgisayar destekli akışkan analizini incelemek ve piyasa yeni sürülen programları test ederek tanıtmaktır. Ayrıca farklı senaryo ve farklı modeller ile tek bir tasarıma bağlı kalmadan simülasyonlar yaparak, programların performansını irdelemektir.
Şekil 1.2: Simülasyonlarda kullanılacak ve tanıtılacak yazılım. [3]
Şekil 1.3: BMW Firması Ar-Ge mühendisinin I8 Concept Modelini CFD Analizi [4]
13
1.4 CFD Yazılımlarının Kullanım Alanları
Sayısal akışkanlar dinamiği kullanılarak çok başarılı çalışmalar yapılmıştır. Mercedes firması 2014 "CLA" modelini, CFD yazılımları ile test ederek sürükleme katsayısı 0.23, BMW firması ise yine CFD yazılımları ile "I8 Concept" modelini sürtünme katsayısı 0.26 olarak piyasaya sürdü.
CFD yazılımları, uçak sanayisi başta olmak üzere, pompa ve türbin firmaları, termostat ve yalıtım firmaları ve araç sanayisi tarafından talep görmektedir. Akışkanların ısı ve kavitasyon özelliklerini de denklemler ile rahatça hesaplayabilen CFD yazılımları, hızlı ilerlemeyi seven Ar-Ge mühendisleri için çokça rağbet görmektedir.
2. YAZILIM
2.1 Sayısal Akışkan Analizine Giriş
Sayısal akışkan analizinin gelişmesi ile, deney verileri ve simülasyon verileri arasındaki hata payı gittikçe azalmıştır. Deney ortamının gerçeğe uygun hazırlanması ve bazı özel girdiler sonuç verilerini değiştirir.
CFD yazılımlarının mantığı, durgun aracın üstünden belirli bir hızda akışkan geçirmektir. Bu analizin birinci basamağıdır.
Krajnovic ve Davidson (2005) LES (Large eddy simulation) sayısal yöntemi ile bir aracı hareketli bir arazide incelemişlerdir. Bu yöntem sayesinde, yer etkisinin sürüklenme direncini %8, kaldırma kuvvetini ise %16 oranında değiştirdiğini görmüşlerdir. Böylece yer etkisinin, simülasyondan dışlanamayacak önemli bir etken olduğu kabul edilmiştir. [5]
14
Bu ve benzeri deney çalışmalarından sonra CFD analizleri iki kritere ayrılmıştır.
- Basit analiz - Gerçekçi analiz
2.1.2. Gerçekçi analiz
Gerçekçi analizde amaç, aracı gerçeğe en yakın şartlarda test etmektir. Gerçekçi analizin, basit analize göre girdileri şu maddelerde değişiklik gösterir.
- Yer özelliği kazandırılması için belirli uzunluk ve genişlikteki bir hacmin deney ortamına eklenmesi
- Nemin (humidity) aktive edilmesi
- Lastik ve fren balatasındaki detayların eklenip, tekere dönüş özelliğinin kazandırılması (routing systems)
- Egzoz gaz çıkışının eklenmesi
- Fren, lastik, motor ve egzozda oluşacak ısının girilmesi (Heat transfer parameters)
- Sıcaklığa göre havanın yoğunluğun değişiminin aktive edilmesi
- Havadan parçaya sürtünme ile geçecek ısı alışverişine izin verilmesi
- Yer çekiminin eklenmesi
- Kontrol hacminin, hava hareketlerini etkilemeyecek kadar geniş seçilmesi
gibi etmenler gerçekçi simülasyonun özellikleridir. 15
3. AERODİNAMİK
3.1 Aerodinamik Kuvvetler
3.2.1 Sürüklenme kuvveti (drag force)
Araç üzerine etki eden aerodinamik kuvvetin serbest akış hızına ve yere paralel, taşıtın ileri hareket yönüne zıt yöndeki direnç kuvvetidir.
Karayolu taşıtlarına etkiyen en büyük aerodinamik kuvvet bileşeni genellikle aerodinamik sürükleme kuvvetidir. Bir binek taşıtı için oluşan aerodinamik sürükleme kuvvetinin (FD) % 90’dan fazlası şekil direnci nedeniyle oluşmaktadır. Aerodinamik sürükleme kuvveti motorun sağladığı çeki kuvveti ile karşılanmaktadır. Onun için sürükleme kuvveti, gerekli motor gücünde ve dolayısıyla da yakıt tüketiminde etkilidir. Herhangi bir hızdaki yakıt tüketimi direkt olarak gerekli olan güç ile orantılıdır. Aerodinamik direnci yenmek için gerekli güç, motor gücünün büyük bir kısmını oluşturmaktadır.
Aerodinamik sürükleme kuvveti (3.1) bağıntısından hesaplanır: Fୈ = ρ. V ଶ . A . Cୈ (3.1) A: taşıt kesit alanını, V: taşıtın rüzgâra göre bağıl hızını, ρ havanın yoğunluğunu (1,255 kg/m3), Cୈ sürüklenme katsayısını göstermektedir. Maksimum kesit, taşıtın projeksiyon alanı ile aynıdır ve genellikle referans alanı veya karakteristik alan olarak adlandırılır. Solidworks programı ile kesit özellikleri menüsünden kesit alanı okunabilir. Birçok kesit alanının ortalaması alınarak daha sağlıklı bir değere ulaşılır.
16
Şekil 3.1: 3.1 Kesit alanının, program özelliğee ile okunması
Şekil 3.1.2:: Kesit alanı özelliğii ile projeksiyon alanının bulunması 17
Bu özellik sadece kesit alanındaki alanı vereceği için, aracın projeksiyon alanının yeni bir çizim (sketch) açılarak çizilmesi gerekir. Böyle aracın projeksiyon alanı 1.34 ݉ଶ bulunur.
3.2.2 Kaldırma kuvveti (lift force)
Taşıt hareket (serbest akış hızı) doğrultusuna ve yere dik aerodinamik kaldırma kuvvetidir. Otomobil aerodinamiğinde uçakların tersine kaldırma kuvvetinin küçük olması istenir. Kaldırma kuvvetinin düşük olması aracın yol tutuşunun iyileşmesine ve özellikle virajlarda savrulmamasına yardımcı olur. Ancak ters yönde etki edecek bir baskı kuvveti de, araç ve tekerlek arasındaki sürtünme kuvvetini artıracağı için yakıt sarfiyatında artışa ve hızlanma kabiliyetinde düşüşe neden olacaktır. Bu nedenle imalatçılar aerodinamik yapıyı kullanarak kaldırma kuvvetini belirli bir seviyede tutmayı amaçlarlar.
Tayfun veya hortum gibi şiddetli rüzgârların tehlikeli olmalarının bir nedeni çok alçaktan eserek yukarıya doğru basınç oluşturup herhangi bir kütleyi havaya savurmasıdır. Benzer bir etki de hızlı kullanılan otomobillerde oluşmaktadır. Bu etki aracın üstünde oluşan emme, altında oluşan kaldırma kuvvetiyle daha çok artmaktadır. [6] Yüksek hızlı araçlarda aracın üst kaporta yüzeyinin kambur olması bu bölgede eğrilik sebebiyle bir akım karakteristiği taşıyan hava akımının hareket yönüne dik bir hız bileşeni kazanmasına neden olur. Böylece yeni bileşen sayesinde daha büyük değere sahip bir bileşke hız vektörü ortaya çıkar. Kaldırma kuvveti şu bağıntı ile hesaplanılır. (3.2) F = ρ. V ଶ . A . C (3.2)
18
Kaldırma kuvveti program özelliklerinden "Goals" seçeneği ile formüllere gerek kalmadan görüntülenebilir.
3.2.3 Yanal kuvvet
Havanın hareketi taşıt şekline göre simetrik olmadığı zamanlarda oluşan aerodinamik kuvvetin yan bileşenidir. Bu kuvvet bileşeni sürükleme ve kaldırma kuvveti (FD ve FL) ile dik açı yapmaktadır. Yanal kuvvet şu bağıntı ile hesaplanabilir. (3.3) Fଢ଼ = ρ. V ଶ . A . Cଢ଼ (3.3) Yanal kuvvet plot seçenekleri ile detaylıca incelenecektir.
Kaldırma kuvveti, yanal kuvvet ve sürüklenme kuvveti,deney verilerine göre, yüzey modelleme ve statik basıncın tam olarak hesaplanamamasından dolayı simülasyon verileri ile fark gösterir.
3.3 Sürüklenme Katsayısının Doğruluk Analizi
Taşıtların karmaşık geometrilerinden dolayı analiz işlemi uzun sürecektir. Bu yüzden basit modeller kullanarak program sınanabilir. Analizlerde 0.1x0.1x0.1 meter boyutlarındaki bir kutu 30m/s hızla hava akışına maruz bırakılacak ve projeksiyon alanı aynı kalmak şartı ile kenarları yumuşatılarak sürüklenme katsayısının değişimi gözlenecektir.
19
Şekil 3.3.1: Bir kutunun hava akış analizinin Cut-Plot ile görüntülenmesi
Şekil 3.3.2: Kutu akış analizinin sürüklenme katsayısının okunması
20
Şekil 3.3.3: Kenarları yumuşatılmış cismin akış analizinin görüntülenmesi
Şekil 3.3.4 : Kenarları yumuşatılmış cismin sürüklenme katsayısının okunması
21
Şekil: 3.3.5: Damla formuna yaklaşan cismin akış analizini görüntülenmesi
Şekil: 3.3.6. Damla formlu cismin sürüklenme katsayısının okunması
Sürüklenme katsayısı kutu formunda 0,7 iken kenarları yumuşatılmış modelde 0,13'e düşmüştür. Fakat damla formlu modelde 0,34'e yükselmiştir. Bu sonuç sürüklenme katsayısının, kesit alanı aynı kalsa bile uzunluğa bağlı olduğunu gösterir.
22
4. SAYISAL AKIŞKANLAR ANALİZİ
4.1 Tasarım
Beccaria ve arkadaşları 1999’da HIPERROAD (high performance road vehicle) adını verdikleri yazılım sistemini geliştirmişler ve bu yazılımı çok işlemcili bilgisayarlarda (parallel computing) kullanmışlardır. Araç tasarımının ilk safhalarında aerodinamik optimizasyon yapılabilmesini sağlayan bu sistem ile Ferrari F550 aracı test edildiğinde bilgisayar verileriyle ölçülen aerodinamik özelliklerin tutarlı olduğunu görmüşlerdir. [7]
Daha sonra gelişen yazılımlarda, model araca en yakın solid modellemenin, simülasyonda, deney verilerine yaklaşıldığı görüldü. Firmalar, CFD yazılımlarında, en küçük civataya kadar modellenmiş parçaları kullanmaya başladılar ve simülasyon verileri %1.8 hataya kadar indirgendi.
4.1.2 Kullanılacak araç modelleri
Şekil 4.1.1: Solid (katı model) tasalanan F1 aracı
23
Şekil 4.1.2: Solid tasarlanan Man Actros yük taşıma aracı
Şekil 4.1.3 Solid tasarlanan BMW i8 Concept aracı
4.2 Ağ Yapısı (Mesh Generation)
Simülasyon yazılımları, solid modellere mekanik (statik ve dinamik), akışkan, manyetizma, düşme ve yorulma analizlerini yapmak için ağ yapılarını kullanır. Ağ yapısı dönüşümü, binlerce noktadan meydana gelen solid parçaları belirli geometri formülleri kullanarak basite indirgeme işlemidir. Mesh, parçaya istenilen sıklıkta
24
uygulanabilir. Mesh ne kadar fazla olursa, işlem süresi o kadar fazla olur fakat sonuçların tutarlılığı da o miktarda artar.
Şekil 4.3: Mesh edilmiş bir araç ve parçaları [7]
Solid araç modellemeleri için önerilen Mesh kalınlığı 1mm:m (bir mm başına bir düğüm noktası)'dir fakat bu kalınlık, normal bilgisayarların kaldırabileceğinden fazladır.
Solidworks Flow Simulation programı, 1 ile 10 arasındaki çözüm seçenekleri ile, mesh kalınlığını optimum boyutta kendisi ayarlar. Simülasyonlarda 3. segment çözüm seçeneği kullanılmıştır. Bu çözümlemede yaklaşık işlemci süresi (CPU Time): 3600 sn, yaklaşık iterasyon sayısı ise 70'tir. Bir gezinti (travel) başına elli iterasyon yapılmıştır. 25
4.3 Özel Koşullar
Gerçekçi analizlerde bazı özel koşullar ve gereksinimler vardır. "2.2.1" de anlatılan özelliklerin çoğu, Akışkan Analizi Sihirbazı (Flow Simulation Wizard) ile simulasyon ayarlamalarında - nem, yer çekimi vb.- seçilebilmektedir.
Isı transferi ve dönüm koşulları simülatöre özel olarak tanıtılmalıdır.
4.3.1 Isı transferi
Hava hareketlerini ve araçtaki dinamik basıncı değiştirecek olan ısı etmeni özel menülere el ile girilerek tanıtılır. Bu konu "F1 hava akışı simülasyonu"nda detaylıca incelenecektir.
Şekil 4.4: Özel koşulların simülatöre tanıtılması
4.3.2 Dönel cisimler
Akış simülasyonlarında, normal sürüşte döner vaziyetteki parçaların durgun bırakılmasının, simülasyon sonuçlarını fazlaca etkilediği görülmüştür. Bu yüzden bazı ayarlamalar ile tekerleklere dönüş verilerek programa tanıtılmalıdır. 26
Şekil 4.5: Tekerlek hareketinin, hava hareketlerini değiştirmesi [8]
Şekil 4.6: Test edilecek tekerlek modeli ve simülasyona hazırlık
4.3.2.1 Dönel cisimlerin simülasyon öncesi testi
Dönel cisimler, akış ve kuvvet simülasyonlarında işlemciyi fazlaca meşgul eder ve iterasyonları sonsuza götürebilir. Normal bilgisayarlarda, tekerlekler araçla birlikte analize hazırlanmadan önce tek başlarına analiz edilip sonuçlar değerlendirilmelidir. 27
Tasarlanan model, modeli kapsayacak şekilde ekilde bir silindirin içine alınır ve silindir parçası solid model ile birleştirilmez. birle tirilmez. Silindir parçası, model ağacından a şeffaflığı değiştirilir, tirilir, böylece hem simülasyona hazır hale gelir hem de bize daha iyi bir görüş imkanı kazandırır.
Simülasyon sihirbazına, simülasyonda bir dönel cisim olduğu oldu belirtilir ve olduğ dönüş değeri eri girilir. v=30m/s için giden aracın tekerlek çapı baz alındığında alındı verilmesi gereken dönüş dönü hızı yaklaşık 1200 rpm'dir.
Şekil 4.7: 4.7 Simülasyon sihirbazına rotasyonun belirtilmesi
4.3.2.2 Hava akış akı alanı
Kontrol hacmi (computational domain) işlem lem süresini uzatmamak için optimum boyutta ayarlanır. Kontrol hacmi aynı zamanda hesaplama alanıdır. Bu yüzden alanın, bütün öğeleri ö kapsamasına dikkat edilir.
28
Şekil 4.8: Kontrol Hacmi (computational domain)'nin belirlenmesi
4.3.2.3 Sonuçların değerlendirilmesi
Şekil 4.9: Cut-plot ve flow-trajectories ile elde edilen sonuçlar
Sonuçlarda görüleceği gibi, tekerlek hem içine giren havayı hapseder hem de dişlerine çarpan havayı savurarak aerodinamik akışı bozar. Bu hava akımları, araca gelen yanal kuvvetleri büyük ölçüde değiştirir. Simülasyon sonuçları istenilen düzeyde olduğu için rotasyonlar araca uygulanabilir.
29
4.3.3 Rotasyonun araca uygulanması
Rotasyonun araca olan etkilerini görmek için, rotasyonlu ve rotasyonsuz olmak üzere iki analiz yapıp sonuçlar karşılaştırılır. Analizde farklı tiplerdeki araçlarda da performansın görülmek istenmesinden dolayı BMW i8 Concept modeli kullanılmıştır. Hava akışı 30m/s, tekerlek dönüşü 1200 rpm'dir.
Şekil 4.10: Rotasyonsuz akış analizi
Şekil 4.11: Rotasyonlu akış analizi
4.3.3.1 Sonuçların karşılaştırılması
Rotasyonsuz araçta aracın kenarlarından hava akım çizgilerinin kesintiye uğramadan aracı terk ettiğini görürüz. Rotasyonlu araçta ise, hava akımının büyük 30
bölümünü karşılayan ön tekerler, havayı dağıtmış ve yukarıya doğru kaldırmıştır. Bu davranış hem yanal kuvvetleri, hem kaldırma kuvvetini, hem sürüklenme kuvvetini hem de arkada bırakılan hava akımını etkiler.
Bu doğrultuda, simülasyonlarda, dönel cisimlerin simülasyondan dışlanamayacağı kabul görmüştür.
4.4 Yol Etkisi
Yol etkisinin, simülasyondan dışlamayacağı yapılan çalışmalarla kanıtlanmıştır. Bir yük taşıtı olan Mercedes Actros'da 30m/s hızı ile giderken basit bir analiz ile yol etkisini görebiliriz.
Şekil 4.12: Yol etkisinin analizden dışlanılması
Şekil 4.13: Yol etkisinin analize entegre edilmesi 31
4.4.1 Sonuçların değerlendirilmesi
Sonuçları karşılaştırdığımızda, yol etkisi yokken, eteklerden ve tekerlerden gelen havanın yükselerek aracı terk ettiğini, ve sadece kapak kısmında, kısmi bir türbülans oluştuğunu görürüz.
Yol etkisi ile birlikte analiz ettiğimizde ise, eteklerden gelen hava akımının yolu süpürerek tekrar araç kapaklarına çarpıp bir türbülans oluşturduğunu görürüz.
Araç kapaklarına çarpan havanın, aracı gidiş yönünde iteceği bilinmektedir. Fakat genişleyen türbülans alanı da o ölçüde araç seyrini etkileyecektir. Bu da sürüklenme kuvveti ve sürüklenme direnç değerlerini değiştirecektir.
4.5 Goals
Ansys 14.0 sayılsal akışkanlar analizi programında CFX-Solver olarak bilinen, çözümleme ile eş zamanlı grafik ve sonuçlar görüntüleyebilen ara yüzü, Solidworks Flow Simulation programında Goals ara yüzü olarak bilinir.
Goals ile çözümleme sırasında şu sonuçlar görüntülenebilir.
32
Şekil 4.14: 4.14 Goals ara yüzünden görüntülenebilecek sonuçlar.
Bu ara yüz ile, araca gelen kaldırma kuvveti, sürüklenme kuvveti, yanal kuvvetler, statik ve dinamik basınç, sürtünme sü kuvveti, türbülans rbülans enerjisi, ısı transferi ve tork değerleri erleri plot data ve plot grafikleri ile okunabilir.
Şekil 4.15:: Araca gelen normal kuvvet ve sürüklenme katsayısının görüntülenmesi örneği 33
4.6 Gerçekçi Senaryo Analizleri
Solidworks'de katı model olarak tasarlanan F1 aracı test edilecektir. F1 aracını incelemekteki amaç, yüksek hızlarda araç ve programın tepkisini ölçmek ve yüksek hızın işlem süresini olan etkisini görmektir.
Şekil 4.16: Yol ve gerçekçi etkiler dahil edilmiş simülasyonun hazırlanması
Çözümleyici ara yüzünü incelediğimizde, çeşitli bildirimler görürüz. "Mesh generation started" ile ağ yapısının oluşturulmaya başlandığı, "Mesh generation nomally finished" ağ yapısının sorunsuzca yapıldığını gösterir.
34
Şekil 4.17: Simülasyon çözümleyici ara yüzü
"Warning" sekmesindeki hataların simülasyon bitene kadar takip edilmesi gerekir. İterasyonların sonsuza gitmesi ve sınır şartlarının artlarının tutarsız olması durumunda simülasyon hata verecektir.
60 iterasyon içeren bir çözümlemenin çözümlemenin 240 saniye içerisinde sonlandığı sonlandı görülmektedir.
4.6.1 Kaldırma kuvveti ve sürüklenme katsayısının görüntülenmesi
Goals ara yüzü ile simülasyondan birçok değer er görüntülenebilmektedir. 100m/s hava akımında F1 aracına gelen kuvvetler ve sürüklenme katsayısı:
İterasyonlar terasyonlar belirli bir düzeye geldiğinde, geldi değerler "Value"" adı altında görüntülenir. Bu stabil değerdir. de Sonuçları incelediğimizde imizde sürüklenme katsayısının 0,46 hesaplandığını ını görürüz. Bu F1 aracının gerçek sürüklenme katsayısının iki katı bir değerdir. erdir. Bu sapma gerçek şartlara tam olarak ulaşılamadığından ğından kaynaklanmaktadır.
35
Şekil 4.18:: Goals ara yüzünden alınan sonuçlar
Surface Goal Normal Force Z1 olarak gösterilen, havanın aracı -Z ekseninde yere doğru ru basmasıdır. Surface Goal Normal Force Z2 havanının aracı +Z ekseninde kaldırmasıdır. Bu iki değer de toplandığında ında kaldırma kuvveti elde edilir.
Sonuçlarda F1 aracına 1500N'luk bir kaldırma kuvvetinin etki ettiğini etti görürüz.
4.6.2. Sürüklenme katsayısının hıza bağlılığı ba
Goals ara yüzünden okunan sürüklenme katsayısı (ܥ )'nın kontrolü kont için araç farklı hızlarda birçok kez denenir ve sonuçlar karşılaştırılır. kar
36
Şekil 4.19: 10m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
Şekil 4.20: 30m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
37
Şekil 4.12: 60m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
Şekil 4.22: 90m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı 38
Şekil 4.23: 120m/s hızla giden aracın sürüklenme katsayısı
Elde edilen verilere göre her 10m/s'lik hız artışında sürüklenme katsayısı 0,04'lük bir artış göstermiştir.
Bunun yanında hıza bağlı olarak araca gelen kuvvette parabolik bir artış görülmektedir. (Şekil 4.24)
39
F (N) 2500 2000 1500 F (N)
1000 500 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Şekil 4.24: Hıza bağlı araca gelen kuvvet diyagramı
4.7 Plot Menüsü ile Sonuçların Görüntülenmesi
Plot ve Trajectories menüleri bize sonuçları okumada kolaylık sağladığı gibi görselleştirme açısından da gereklidir. Cut-Plot seçeneği ile belirli bir düzlemdeki hava hareketleri, Flow Trajectories ile hava akımı, Surface-Plot ile araç üzerindeki büyüklükler görülebilir.
4.7.1 Surface plot
Aracın bütün yüzleri seçilerek istenilen büyüklük işaretlenir ve görüntülenir.
Ram belleği düşük veya işlem hızı yavaş programlarda Surface Plot kendini kapatabilir ve program hata verebilir. Bu hata ile karşılaşmamak için, özellikle yavaş bilgisayarlarda, yüzeyler adım adım seçilerek, plot grafikleri birleştirilmelidir.
40
Şekil 4.7.1: 100m/s hızla giden aracın yüzeyindeki basınç dağılımı
Kırmızı bölgeler basma, mavi bölgeler çekme bölgeleridir. Atmosfer basıncının yeşil bölgede olduğuna dikkat ediniz.
Şekil 4.7.2: 100m/s hızla giden aracın hava akımı nedeniyle ısınması ve sıcaklık gradyanı
41
4.7.2 Cut plot
Şekil 4.7.3: 100m/s hız ile giden aracın yanal basınç dağılımı
Şekil 4.7.4: 100m/s hızla giden aracın havayı ısıtmasının görüntülenmesi. (a) üst, (b) yan
42
Belirli bir düzlemdeki akışkan hareketini ve özelliğini görselleştirir. Bu özellik sayesinde aracın genel hava akım formuna göz atabiliriz. Sağ ve soldaki basıncın hemen hemen eşit olduğuna dikkat ediniz. Bu sonuç aracın "Roll" yani Yuvarlanma momentini etkileyecektir. (Şekil 4.7.3)
Araç yüzeyine çarpan akışkanın araç yüzeyini ısıttığını, aracın fren, egzoz ve motor gibi parçalarının ise havayı ısıttığını göz önünde bulundurunuz. Bu ısı alış verişi sonunda araç arkasındaki havayı 10 °C ısıtmıştır. Isı artışının en çok tekerlek ve motor bölgesinde olduğuna dikkat ediniz. (Şekil 4.7.4)
4.7.3 Flow Trajectories
Akışkan hareketini daha anlaşılır bir metotla, ok, çizgi ve tübül kullanarak görselleştiren ara yüzdür. Sadece belirli bir yüze çarpıp ayrılan hava hareketlerini gösterebilmesi, ara yüzün en kullanışlı özelliğidir.
Şekil 4.7.5: 100m/s hızla giden araca çarpan hava akımının izlediği yol 43
Şekil 4.7.6: 100m/s hızla giden araçtaki hava hareketinin açılı gösterimi
Havayı terk eden hava akımındaki türbülansa dikkat ediniz.
Şekil 4.7.7: Yol etkisi ile 100m/s hızla giden araçtaki hava akımı
Şekil 4.7.8: Yol etkisi dışlandığında 100m/s hızla giden araçtaki hava akımı
44
Şekil 4.7.9: Yol etkisi dışlandığında okunan değerler
Yol etkisi kalktığı zaman, aracın altında hava sıkışmayacağı için kaldırma kuvveti -260N'a düşmüştür. Bu sonuç aracın yol etkisi dışlandığında kaldırma kuvvetinin ortadan kalkıp yapıştırma kuvvetine dönüştüğünü göstermektedir.
Yoldan gelen hava akımı aracın altına ve tekerleklere etki etmeyeceği, aynı zamanda da türbülans meydana getirmediği için sürükleme kat sayısı 0,17'ye kadar düşmüştür. Bu değer gerçek F1 sürüklenme kat sayısı değeri olsa bile dikkate alınmaması gerekir.
4.8 Yakın Sürüş ve Özellikleri
Bir çok yarışta sürücülerin tampon tampona yarıştığı görülmektedir. Bazı araç sürücüleri, geçiş serbest olduğu halde önündeki aracın arkasında seyretmeye devam ederler. Bunun nedeni öndeki aracın rüzgar direncini karşılaması ve arkadaki aracın yolunu rahatlatmasıdır. Bir süre motorunu soğutup güç toparlayan arkadaki araç sürücüsü, uygun zamanı kollayıp öndeki aracı geçer. 45
4.8.1 Yakın sürüşün etkileri
Şekil 4.8.1: 100m/s ile giden aracın arkasında sürüş hız-plot gradyanı
Şekil 4.8.2: 100m/s hızla seyreden iki aracın birbirlerine bağlı büyüklük değerleri
4.8.1.1 Yakın sürüşün pozitif yönleri
Veri değerlerinde, öndeki aracın sürüklenme kuvveti 1500N'dan 1305N'a düşmüştür. Bunun nedeni arkadaki aracın yakın sürüşten dolayı, aracın arkasındaki türbülansa girmesidir. Bu öndeki araç için yakın sürüşten elde edilen tek yarardır. 46
İkinci araç için verileri değerlendirdiğimizde araca etkiyen sürüklenme kuvvetinin, 200N'a düştüğü görülür. Buna bağlı olarak sürüklenme kat sayısı ܥ = 0,06'ya kadar düşmüştür. Böylece yakıt tasarrufunda önemli bir artış elde edilir.
4.8.1.2 Yakın sürüşün negatif etkileri
İkinci araç için veri değerlendirmesi yaptığımızda, kaldırma kuvvetinin dengeye ulaştığını görürüz. Bunun sonucunda araç yere daha çok oturmuştur. Buna bağlı olarak tekerlekler daha fazla ısınacak ve motorun emme girişlerine, öndeki araçtan çıkan sıcak egzoz gazları gelecektir.
Öndeki aracın arkasında meydana getirdiği türbülans, arkadaki aracı savurabilir. Binek araçlarda bu kuvvet önem arz etmese de, F1 araçları için tehlikelidir.
Plot gradyanında optimum tampon mesafesinin 3,6 metre olduğu görülmüştür.
Trafikte geniş araçların arkasında seyretmek yakıt tasarrufu sağlayacağı gibi herhangi bir ani frene karşı can ve mal kayıplarına neden olabilir.
47
5. İLERİ ANALİZ
Önceki bölümlerde gerçeğe yakın analiz yapılması için gerekli girdi ve özellikler verildi. Bunları göz önünde bulundurarak, 10. segment (programın tam akış özellikleri ile iterasyonları arttırarak çözümleme yapması) analizi başlatılabilir.
5.1 Simülasyon Özellikleri
Analiz yapılan araç:
Mercedes Actros - 1:1 ölçek
Analiz süresi:
1 saat 55 dakika
Toplam gezinti:
17650
Toplam İterasyon:
50
Hava akışı:
30 m/s
Hava yoğunluğu:
1,225 kg/݉ଶ
Yer çekimi:
9,81 m/ ݏଶ
Hava sıcaklığı:
292 °K
Ağ yapısı eleman sayısı:
657,482
İşlem belleği:
11,000,000 Kb (max.)
48
Şekil 5.1 : 10. segment analizinin çözümleyici ara yüzü ile izlenmesi
Çözümleme, çözümleyeci ara yüzünün 11 GB boyutunda veri kullanması nedeniyle tamamlanamamıştır. tamamlanamamı tır. Sürüklenme katsayısı, çözümlenme yapılan yerde 0.6'dır. İterasyonlar terasyonlar devam ettikçe bu değer, de aracın gerçek değerine ğerine yaklaşacaktır. yakla
49
6. BENZERLİK ANALİZİNE GİRİŞ
6.1 Geometrik Benzerlik
Gerçek cisim ile ölçekli modeli arasındaki oranın aynı olması durumudur. Aracın benzeşimindeki uzunluk (L), alan (A) olmak üzere şu bağıntılar yazılır. ಾ ಸೝçೖ ಾ ಸೝçೖ
= ಾ = ߣ
(6.1)
ಸ
=
ಾ మ
= ߣ ଶ
ಸ మ
(6.2)
6.2 Kinematik Benzeşim
Geometrik benzeşimin olduğu yerlerde, karşılıklı olarak seçilen belirli noktalarda hız, ivme ve debinin orantılı olması durumudur. ಾ ಸ
ಾ ಸ
ொಾ ொಸ
=
=
=
ಾ /்ಾ ಸ /்ಸ
=
ಾ /்ಾ మ ಸ /்ಸ మ
ಾ య /்ಾ య
ಸ /்ಸ
=
=
ఒಽ ఒ
= ߣ
ఒಽ
= ߣ
(6.4)
= ߣொ
(6.5)
ఒ మ
ఒయಽ ఒ
50
(6.3)
6.3 Dinamik Benzeşim
Geometrik ve kinematik benzeşimin mevcut olduğu; gerçek ve model arasındaki akım bölgelerinde karşılıklı olarak seçilebilen bütün nokta çiftlerindeki kuvvetler arasındaki oranın aynı olmasıdır.
ிಾ ிಸ
=
ெಾ .ಾ ெಸ .ಸ
=
ఘಾ .ಾ య ఘಸ .ಸ
య
.
ఒಽ ఒ మ
= ߣఘ ߣଶ ߣଶ = ߣி (6.6)
Dinamik benzeşimin kurulabilmesi için, gerçek model ve ölçekli model üzerinde kullanılacak akışkanın aynı olması gerekmektedir. İki analizde de hava kullanılacağı için dinamik benzeşim kurulabilir.
6.4 Benzerlik Analizi
Solidworks programınde Menü listesindeki Kalıp Araçları sekmesinden "Ölçek" komutu ile, tertip ölçeklendirme yapılmaksızın, koordinat sistemine bağlı ölçek girildi. Araç 1/10 oranında küçültüldü. (Şekil 6.1) Araçlar ayrı kontrol hacimlerinde, aynı akışkan ve sınır şartları (30m/s akışkan hızı ile, yerçekimi ivmesi varlığında, sabit hava sıcaklığıve yoldan bağımsızlık ile, nemsiz ve kavitasyonsuz ortamda) ile analiz edildi.
51
Şekil 6.1: Benzerlik analizinde kullanılacak aynı özellikteki araçlar
6.4.1 Konfigürasyon oluşturma
Gerçek model ve ölçekli model arasında analiz yapılırken sonuçların birbirine yakın çıkması için, aynı solid dosyası üzerinde konfigürasyon yapmak gerekir. Konfigürasyon ile aynı parça, sadece ölçeklendirilerek incelenmiş olur. Kontrol hacminin modelleri etkilememesi için konfigürasyonlarda da orantılı boyutlarda seçilmesi gerekir.
52
Şekil 6.2: Gerçek boyutlardaki aracın Sürüklenme katsayısı ve Normal kuvveti
Şekil 6.3: 1/10 Ölçekli aracın Sürüklenme katsayısı ve Normal kuvveti
53
6.4.2 Benzeşim analizinin değerlendirilmesi
Benzeşim analizinde, araç üzerine etkiyen kuvveti görüp, yorum yapabilmemiz için, gerçek ve model araç üzerinden, araçlara gelen normal kuvvetler Goals plotuna okutulmuştur. Ayrıca iki model için de yine Goals plotu ile Sürüklenme katsayısı okunmuştur.
Elde edilen sonuçlar ile araca gelen kuvvetlerin oranı; ிಾ ிಸ
ிಾ ிಸ
= 113,76'dır.
= ߣఘ ߣଶ ߣଶ (6.6) bağıntısında, akışkanlar aynı olduğu için ߣఘ =1, ölçekli
model ile gerçek araç arasındaki uzunluk oranı 1:10 olduğu için ߣଶ =100, ve akışkan hızı iki analizde de aynı değerde olduğu için ߣଶ = 1 dir. Bu bağıntılarla birlikte hesaplanan değer
ிಾ ிಸ
= 100 olması gerekirken
ிಾ ிಸ
= 113,76 bulunmuştur. Bu %12 lik
yaklaşım, analizin, küçük boyutlar içinde yaklaşık değerler vereceğini göstermiştir.
Ayrıca; Goals plotuna hesaplatılan sürüklenme katsayıları arasında da; ಾ ಸ
ವ,ಾ ವ,ಸೝçೖ
= ߣ = 0,1 ,
= ߣ = 0,0931 değeri bulunmuştur. Bulunan değer sürüklenme
kuvvetinin geometrik benzerlim ile doğrusal oranlanabilineceğini gösterir.
54
7. SONUÇ VE TARTIŞMA
Analizlerin yapıldığı bilgisayar özellikleri:
- Intel i7 sekiz çekirdekli 3.2 GHz işlemci
- 12 GB DDR-3 Ram
- 4 GB Ge-Force 750M grafik ekran kartı
Bu özellikteki bir bilgisayar ile 3. segment çözümlemeler 1 ile 30 dk arasında değişmiştir.
Çalışma amaçlanan gerçeğe yakın simülasyon şartlarına kısmen ulaşılmıştır. Daha iyi modeller üzerinde çalışıp 10. segment işleme seçeneği ile, iterasyon sayısı artırılarak gerçeğe çok yakın sonuçlara ulaşılabilir.
Gerçek değerlere ulaşmak için izlenecek diğer bir yol, aracın altındaki yolu hareketlendirmek ve yola noise (bozulma) özelliği kazandırmaktır. Noise seçeneği ile solid parça asfalt özelliğini kısmen kazanır.
Çalışmanın amaçlarından olan Solidworks Flow Simulation'ın tanıtılması ve program ara yüzünün kullanımının gösterilmesi
55
KAYNAKLAR
[1]
http://img228.imageshack.us/img228/5468/aerodinamikj.jpg
[2]
http ://tr.wikipedia. org/wiki/Aerodinamik
[3]
http://www.fea-tc.com/images/Flow-Simulation.jpg
[4]
http://images.grabmedia.com/automoto_tv/2013/08/09/79bcb2d6dbcd79c2f5789a47234c87f9a9 85fb03_preview.jpg
[5]
Krajnovic, S. and Davidson L., "Influence of floor motions in wind tunnels on the aerodynamics of road vehicles", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 93, 9, (2005) 677.
[6]
Demircioğlu, T.K. "Bir araç modelinin aerodinamik analizi ve sonlu elemanlar yöntemi ile similasyonu" Balıkesir Üniveristesi, Yüksek Lisans Tezi, 2007
[7]
http://moon245.3dtotal.com/admin/new_cropper/tutorial_content_images/ 1063_tid_image_01_shelbey_car_parts_mesh.jpg
[8]
http://www.6speedonline.com/wp-content/uploads/2013/08/Porsche-911Turbo-Active-Aerodynamics.jpg
[9]
http://eng.harran.edu.tr/moodle/moodledata/7/yesilata/01_Ders.../07ch4.pdf
56
