Binek araç üzerindeki aerodinamik analizlerin sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Sanayileşmenin ve fosil yakıt kullanımının 20. yüzyıldan sonra çok hızlı bir şekilde artması ile iklim krizi çok ciddi boyutlara ulaşmıştır. İklim değişikliği tam olarak engellenemese bile fosil yakıtların kullanımını azaltmak, yenilenebilir ve daha çevreci enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaştırmak iklim krizinin ilerlemesini yavaşlatabilir. Otomobillerin, enerji kaynakları ağırlıklı olarak fosil yakıtlar ve elektriktir. Araçların yakıt tüketim değerleri yakıtların yanması sonucu çevreye yayılan zararlı gazlar, ekonomiklik, elektrikli araçların menzilleri, müşteri beklentileri vb. gibi birçok nedenden dolayı oldukça önemlidir. Araçların yakıt tüketimi araç aerodinamiği ile direkt olarak bağlantılıdır. Bu tez çalışmasında bir binek aracın aerodinamik analizi sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Aracın tasarımı üretici firma tarafından verilmiş ölçüler baz alınarak CATİA V5R21 bilgisayar destekli tasarım programı ile yapılmıştır. Aerodinamik analiz için gerekli olan geometrik düzenlemeler, ağ örme ve sayısal çözüm işlemleri için ANSYS programı kullanılmıştır. Akış alanının çözümü için düzeltilmiş (realizable) k-𝜀 türbülans modeli tercih edilmiştir. Aracın sürüklenme katsayısı %2,2’nin altındaki hata ile 0,313 olarak bulunmuştur. ANSYS FLUENT ve CFD POST kısmında aracın etrafında gerçekleşen hava akışı ile ilgili çeşitli düzlemlerdeki hız konturleri, basınç konturleri, akım çizgileri ve hız vektörleri incelenmiştir. Aracın yakıt tüketimi ile bağlantılı olan sürüklenme katsayısı değerlerini azaltmak için çeşitli girdap üreteçleri tasarlanmıştır. Girdap üreteçler, tavanın arka kısmındaki akışın ayrılma noktasının 15 mm önüne 100 mm aralıklarla yerleştirilmiştir. Sürüklenme katsayısındaki maksimum iyileştirme 4 numaralı girdap üreticin kullanılması ile elde edilmiştir ve bu değer %2,87’dir. Kaldırma katsayısındaki maksimum iyileştirme oranı yaklaşık %3,3’tür ve bu değere 1 numaralı girdap üreteç kullanılarak ulaşılmıştır.

With the rapid increase in industrialization and the consume of fossil fuels after the 20th century, the climate crisis has reached very serious dimensions. Even if climate change cannot be completely prevented, reducing the use of fossil fuels and expanding the consume of renewable and more environmentally friendly energy sources may slow the progress of the climate crisis. The energy sources of automobiles are mainly fossil fuels and electricity. Fuel consumption values of vehicles, harmful gases emitted to the environment as a result of fuel combustion, economy, range of electric vehicles, customer expectations, etc. It is very important for many reasons. Fuel consumption of vehicles is directly related to vehicle aerodynamics. In this thesis, the aerodynamic analysis of a passenger car was carried out numerically. The design of the vehicle was made with the CATIA V5R21 computer aided design program based on the dimensions given by the manufacturer. The ANSYS program was used for geometric arrangements, meshing and numerical solution processes required for aerodynamic analysis. Realizable k-ε turbulence model is preferred for the solution of the flow field. The drag coefficient of the vehicle was found to be 0,313 with an error of less than 2,2%. In ANSYS FLUENT and CFD POST, velocity contours, pressure contours, streamlines and velocity vectors in various planes related to the air flow around the vehicle were examined. Various eddy generators have been designed to reduce the drag coefficient values associated with the fuel consumption of the vehicle. The vortex generators are located at 100 mm intervals 15 mm in front of the flow separation point at the rear of the ceiling. The maximum improvement in the drag coefficient was obtained by using the No. 4 vortex generator, which is 2,87%. The maximum improvement rate in the lift coefficient is approximately 3,6% and this value was reached using the No. 1 vortex generator.