Taşıt aerodinamik özelliklerinin sayısal yöntemlerle incelenmesi
Investigation of vehicle aerodynamics by numerical methods
- Tez No: 101215
- Danışmanlar: PROF.DR. CEM SORUŞBAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2000
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
TAŞIT AERODİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN SAYISAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ ÖZET Karayolu taşıtlarına seyirleri esnasında çeşitli direnç kuvvetleri etkimektedir. Özellikle yüksek seyir hızlarında bu direnç kuvvetleri arasındaki en önemli bileşen aerodinamik direnç olmaktadır. Son 25-30 yıl içerisinde yakıt tüketmıinin düşürülmesi ve egzoz emisyonlarının azaltılması önemli bir araştırma konusu olmuştur. Bu nedenle aerodinamik direncin düşürülmesi büyük bir önem arzetmektedir. Buna ilaveten kişi başına düşen yakıt tüketimi ve egzoz emisyonu miktarım düşürmek maksadıyla toplu taşımacılık özendirilmektedir. Bu çalışmada ilk olarak karayolu taşıtlarının aerodinamik özelliklerinden bahsedilmektedir. Daha sonra bu aerodinamik özelliklerin saptanmasında kullanılan deneysel ve sayısal yöntemlerden sözedilmektedir. Taşıt aerodinamik özeUiklerinin saptanması amacıyla yapılan uygulamalar ise sayısal yöntemler yardımı ile yapılmaktadır. Ülkemiz şartlarında en çok kullanılan toplu taşımacılık aracı otobüstür. Bu nedenle burada otobüs etrafındaki akışın çözümlemesi yapılmaktadır. Otobüs aerodinamiğinin incelenmesi amacıyla kurulacak olan sayısal modelleme yaklaşımı, ilk olarak otobüse benzer boyutlara sahip bir kutu üzerinde yapılmaktadır. Kutunun aerodinamik özelliklerinin incelenmesi aşamasında elde edilen sonuçlar doğrultusunda geliştirilen sayısal modelleme yaklaşımı, daha sonra otobüs etrafındaki akışa uygulanmaktadır. Bu şekilde otobüs etrafındaki akışın yapısı ve otobüsün aerodinamik özellikleri hakkında veriler toplanmaktadır. Kutu etrafındaki akış çözümlemelerinde, kutu ön yüzeyinin küt bir şekil olmasından ötürü, kutu önünde önemli derecede statik basınç yükselmesi ve durma noktası gözlemlenmektedir. Kutunun ön kısmındaki sivri köşelerden ötürü kutu üst XIVyüzeyinin ön kısmında akış ayrılmaları ve negatif basınç değerleri oluşmaktadır. 2-boyutlu durum için akış ayrılması bütün üst yüzey boyunca devam ederken, 3 -boyutlu durum için üst yüzeyin arka kısmında akış yeniden yüzeye temas etmektedir. Kutu altındaki akışta oluşan yüksek hızlar nedeniyle negatif basmç dağılımı oluşmaktadır. Kutunun arka bölgesinde ise üst ve alt kısımlardan gelen akışlar kutu arka yüzeyinden ayrılmakta ve burada karışmaktadır. Oluşan akış ayrılmaları ve türbülans hareketleri bu bölgede negatif basmç değerleri yaratmaktadır. Kutu önündeki pozitif basmç ve kutu arkasındaki negatif basmç değerleri kutu üzerine bir aerodinamik direnç kuvveti oluşturmaktadır. Burada otobüs aerodinamiği 2-boyutlu olarak incelenmektedir. Otobüs etrafındaki akış, otobüs ön yüzeyinin daha eğimli ve yuvarlak hatlara sahip olmasından ötürü daha farklı bir hal almaktadır. Otobüs ön yüzeyinin aşağısında basmç yükselmesi ve durma noktası gözlemlenmektedir. Otobüs ön üst köşesinde oluşan çok yüksek hızlar nedeniyle bu bölgede ani basmç düşüşü olmaktadır. Otobüs ön üst köşesinin yuvarlaklıhğı nedeni ile akış daha az dağılmakta ve üst yüzeyde, kutudaki gibi akış ayrılmaları olmamaktadır. Otobüs altındaki akışta ise kutuya göre çok yüksek hızlar oluşmakta ve negatif basmç dağılımı görülmektedir. Otobüs arka bölgesinde ise üst ve alttan gelen akışlar karışmaktadır. Oluşan akış ayrılmaları ve türbülans nedeniyle negatif basmç oluşmaktadır. Kutu modelinde olduğu gibi ön kısımdaki pozitif basınçlar ile arka kısımdaki negatif basınçlar otobüs üzerine bir aerodinamik direnç kuvveti yaratmaktadır. Ancak ön kısımdaki basmç yükselmesinin azalması nedeni ile, oluşan aerodinamik direnç katsayısı değeri kutununkine göre çok daha düşüktür. Buradaki hesaplamalara göre model geometrisi üzerinde yapılan kısmi değişiklikler, model etrafındaki akışı ve aerodinamik direnç katsayısı değerini oldukça etkilemektedir. Hesaplanan aerodinamik direnç katsayısı değeri ve akışın yapısı oluşturulan sayısal model ile de alakalıdır. Blokaj etkisinin azalması için hesap alanının yüksekliği, otobüs önündeki basmç yükselmesinin giriş sınırına kadar varmaması için giriş kısmı mesafesi ve ard iz yapısmm tam olarak çözümlenebilmesi için çıkış kısmı mesafesi uzun tutulmaktadır. Yolun taşıta göre bağıl hareketini temsil amacıyla zemine hareket verilmektedir. Otobüs yüzeylerindeki basmç dağılımının hassas olarak XVçözümlenebilmesi için, otobüs yüzeylerine yakın bölgeler ile ard iz bölgesindeki ağ sistemi elemanlarının boyutları küçültülerek çözüm iyileştirmesi yapılmaktadır. Sayısal model oluşturulurken yukarıdaki dikkat edilecek hususlar yanında 3-boyutlu çözümleme yapılması ve dönen tekerleklerin simüle edilmesi daha doğru sonuçlar verecektir. XVI
Özet (Çeviri)
INVESTIGATION OF VEHICLE AERODYNAMICS BY NUMERICAL METHODS SUMMARY There are different kinds of resistance forces acting onto vehicles, when vehicles are moving. Especially at high speeds, aerodynamic drag force becomes most important component, among those resistance forces. Last decades, reducing fuel consumption and exhaust emissions have been very important research areas. Therefore reducing the aerodynamic resistance (drag) force has great importance. Additionally, to reduce the fuel consumption and exhaust emissions per person, public transportation is incited. In this study, firstly, the aerodynamic characteristics of road vehicles are mentioned. After that, experimental and numerical methods specifying those aerodynamic characteristics are explained. The applications of specifying vehicle aerodynamic characteristics are made by using numerical methods. Busses are common public transportation vehicles in our country. Because of this, the flow around a bus is analyzed here. The numerical simulation to analyze the bus aerodynamics is firstly applied to the flow around a brick, which has similar dimensions with the bus. The numerical simulation is developed from the results of the brick aerodynamic analysis. After that, this numerical approach is applied to analyze the flow around the bus. In this way, some data is obtained about the flow structure around the bus and the bus aerodynamic characteristics. In the analysis of flow around the brick, there is pressure increase and stagnation point in front of the brick, because of its bluff shape. At the leading edge of upper surface there is flow separation and negative pressure values because of brick's sharp leading edge. In the case of 2-dimensional computation, the flow separation is maintained on the whole upper surface. However, in the case of 3-dimensional XVUcomputation, the flow reattaches at the downstream. Negative pressure distribution is developed at the lower surface of the brick because of high flow velocities. The flows coming from up and down separate from the rear surface and are mixing in the behind of brick. The flow separation and turbulent motion creates negative pressure distribution in that region. The positive pressure in front of the brick and the negative pressure in the behind of brick generate a drag force onto the brick Here, bus aerodynamics is analyzed for 2-dimensional case. The flow around the bus creates a different case, because the front face of the bus has slopped and rounded contours. It is observed that there is a pressure increase and stagnation point at the lower part of the front surface. The pressure drops sharply, at the upper edge of the front surface, because of very high velocities in that region. The flow is less dispersed, because of having rounded form at the upper edge of the front surface. In this case, there is no flow separation above the upper surface. There are much more high velocities under the bus according to brick. As a result, negative pressure distribution is generated at the lower surface of the bus. In the behind region of the bus, the flows coming from up and down separate from the rear surface and are mixing. That can generate negative pressure distribution because of flow separation and turbulent motion. Positive pressure distribution at the front and negative pressure distribution at the rear surface generates a drag force onto the bus body. However, the drag forces acting onto the bus much less than the case of brick. Because the pressure increase in front of the bus much less than the pressure increase in front of the brick. According to the computation of this study, the modifications applied to the body geometry affects the flow around the body and drag coefficient very much. Computed drag coefficient and the flow structure are also related to the computational model To reduce the blockage effect, the height of the computational domain is taken long. To reduce the propagation of pressure increase in front of the bus to the inlet boundary, the inlet section is taken long. To solve the flow wake structure completely the outlet section is also taken long. Moving ground condition is applied to simulate the relative motion of the ground to the bus. To predict the pressure distribution at the bus surfaces accurately, the mesh resolution of the regions around the bus and the flow wake are refined. XVlllWhile the computational model is being built aside from the points above, 3-dimensional computation and the simulation of rotating tires will give better results. XIX
Benzer Tezler
- Experimental and numerical studies of flow characteristics around a ground vehicle
Bir kara taşıtı modeli etrafında oluşan akış karakteristiklerinin deneysel ve sayısal yöntemlerle incelenmesi
TURAL TUNAY
Doktora
İngilizce
2011
Makine MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEŞİR ŞAHİN
- Ticari taşıt aerodinamiğinin temelleri ve sayısal yöntemlerle incelenmesi
Fundamentals and numerical investigations of commercial vehicle aerodynamics
MEHMET ÖZGÜR ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DOĞAN GÜNEŞ
- Taşıt iç geometrik parametre değişimlerine bağlı havalandırma optimizasyonu
Optimization of ventilation related to modification of geometrical parameters of vehicle interior
MİNE TÜRKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ GÖKTAN
- Investigation of acoustic and dynamic properties of weatherstrips used in vehicle doors
Havacılık ve otomotiv sektöründe kullanılan kapı sızdırmazlık elemanlarının akustik ve dinamik özelliklerinin incelenmesi
ORÇUN SAF
Doktora
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK EROL
- Numerical investigations of lateral jets for missile aerodynamics
Yan jetlerin füze aerodinamiği açısından sayısal olarak incelenmesi
EKİN AĞSARLIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. KAHRAMAN ALBAYRAK