Lisans Tezi - Taşıt Aerodinamiği CFD

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. ௅ಾ೚೏೐೗ ௅ಸ೐ೝç೐ೖ ஺ಾ೚೏೐೗ ஺ಸ೐ೝç೐ೖ

௅

= ௅ಾ = 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,ಸ೐ೝç೐ೖ

= 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