genel otomotiv etrfıda akış

8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak

1/11

OTOMOTV ENDSTRSNDE HESAPLAMALI

AKIKANLAR DNAM UYGULAMALARI

Ahmet AIKGZ, Mustafa . GELL, Emre ZTRKANOVA Mhendislik Limited irketi

www.anova.com.tr

1 - GR

Bir ok endstri dalnda bir rnn performansnn daha rn tasarm

srecindeyken bilinmesi olduka nemlidir. Bylece rnn artan

performans isteklerini karlayp karlamad daha tasar aamasnda

grlebilir, probleme sebep olan etkenler bu aamada ortadan

kaldrlabilir ve optimize edilmi rn piyasaya srlerek rnn rekabet

gcn ve mteri memnuniyetini artrma imkanna sahip olunabilir.

Otomotiv endstrisi de dier endstri dallar gibi bir ok konuda gemie

nazaran ok daha talepkar performans istekleri ve tasarm hedefleriyle

kar karya kalmaktadr. Bu alanlardan bazlar

Sanal tasarm yntemleriyle tasarm sresinin ksaltlmas, Klasik iten yanmal motorlarda silindir iindeki akn ve

yanmann anlalarak yakt tketiminin drlmesi,

Kaput alt scaklk dalmnn detayl bir ekilde incelenerek arzuedilen ekle getirilmesi,

yi bir aerodinamik karakteristie sahip yeni ve alml tasarmlaryaplmas,


2/11

Daha dk srkleme katsaylarna eriirken dk bileenscaklklarnn, kabin gr aklnn ve buna benzer kritik dier

zelliklerin korunmas,

Ak kaynakl grltnn azaltlmas, i iklimlendirmesistemlerinin optimizasyonu ve solar etkilerin kontrol vastasyla

sr konforunun artrlmas,

evre dostu ve kompakt aralar tasarlamak, Klasik iten yanmal motorlara yakt pili gibi alternatifler

gelitirmek,

olarak belirtilebilir. Firmalar ve mhendisler bu amala deiik aralarnyardmna bavurmu ve bu aralar hem tasarm srecini ksaltmak hem

de problemin fiziini daha iyi anlamak amacyla kullanmlardr. Ak ve

s transferi problemlerinin sanal ortamda zlmesine olanak salayan

Hesaplamal Akkanlar Dinamii (HAD) yntemleri bu aralarn banda

gelmektedir.

Hesaplamal Akkanlar Dinamii (HAD) ve dier CAD/CAM tasarm

teknikleri 1980li yllarda dodu ve hzl bir ekilde otomotiv firmalar

tarafnda kullanlmaya baland. Bahsedilen zaman dilimindeki yava

bilgisayarlar, gerei tam olarak yanstamayan geometriler ve fiziksel

altyaps yetersiz kodlar, otomotiv sektrnde HAD yntemlerinin

kullanm alann nispeten kstl tutarken gnmzde bu durumun

tamamen deitii rahatlkla sylenebilir. Gnmzde dnya andaki

bir ok otomotiv firmasnda ve bu firmalarn yan sanayinde HAD

yntemleri tasarm srecinin btnleik bir paras olan bir tasarm arac

olarak kullanlmaktadr. Uzun yllar boyunca yaplan testler ve edinilen

tecrbeler firmalar HAD yntemlerini daha aktif bir ekilde kullanlarak

tasarm srecini ksaltlma, simlasyonlar vastasyla herhangi bir rn


3/11

tasarm aamasndayken optimize etme ve olduka pahal ve zaman alc

olan deneylerin ve prototip retme ilemlerinin minimize etme yoluna

ynlendirmi ve bunun sonucu olarak bir ok alanda ak modellenmesi

ve s transferi konusunda yaplan almalarn saysnda byk bir art

gzlenmitir. Ayrca bilgisayar konusundaki gelimeler ve yksek

performansl donanma dk maliyetlerle sahip olma imkan milyonlarca

elemana sahip modellerle yaplan analizleri gnlk bir i haline

getirmitir.

Makalede amacmz bu konuda yaplan almalara baz rnekler

gstermek ve otomotiv sektrnde HAD yntemlerinin ne ekilde vehangi problemler iin kullanlabilecei konusunda bir miktar bilgi

vermektir.

2 - OTOMOTV SEKTRNDEK HAD ALIMALARI

Yukarda da belirtildii gibi HAD yntemleri ile silindir ii ak

problemlerinden ara d aerodinamii veya kaput alt s transferine

kadar ok eitli problemlere zm bulmak olasdr. Aada deiik

problemlerin hepsi iin FLUENT isimli Hesaplamal Akkanlar

Dinamii (HAD) yazlm kullanlmtr.

D Aerodinamik ve Aeroakustik:

D aerodinamik ara reticileri iin her zaman nemini korumutur.

Srkleme katsaysnn drlmesi yakt tketimine ve aracn

performansna dorudan etki ederken ak kaynakl grlt seviyesininazaltlmas da zellikle yksek sratlerde sr konforunu artrmaktadr.

Bu nedenle bu konularda yaplm bir ok alma bulunabilir. ekil 1. de

Opel firmas tarafndan Astra modeli iin yaplan bir ak analizinden

alnm bir resmi grebilirsiniz.


4/11

ekil 1.Opel Astra etrafndaki yaplm ak analizi. Ara zerindeki statik basndalm ve akm izgileri grlebilir.

Bu tip bir analizle ara etrafndaki ve/veya/altndaki basn dalm, hzdalm detayl olarak hesaplanp srkleme katsays gibi nemli

deerler yksek bir hassasiyetle saptanabilir. Bylece gerekli

optimizasyonlar sanal ortamda rahatlkla yaplabilir. Bu tip analizlerde

izlenen yntemi ise ekil 2 de grebilirsiniz. Burada Opel firmasnn bu

tip bir analiz iin ne tip ilemler yapt ve ne kadar sre harcad

grlebilir.

ekil 2.Opel Astra analizi iin yaplan ilemler ve sreleri.


5/11

ekil 3te ise DaimlerChrysler firmas tarafnda yaplm bir akustik

analizi ve bu analizin deney ile karlatrlmasn grebilirsiniz. Bu

analiz ile ofr tarafndan duyulan ses miktar tahmin edilebilmi ve

konfor seviyesini artrc nlemler almak mmkn olabilmitir. ekil 4te

ise lkemizde faaliyet gsteren ASKAM firmasna ait HI-EX model

kamyon iin ANOVA Mhendislik tarafndan yaplm bir almay

grebilirsiniz.

ekil 3. Yan ayna etrafndaki zamana bal basn dalm ve ofr tarafndanduyulan sesin spektrumu.

Bahsedilen rnekler gibi karmak fizik modellemesini gerekli klan bir

ok problem bugn HAD yntemleri ile zlmekte ve hem gndelik

hayatmzda kullandmz otomobil, kamyon, otobs ve traktr gibi

aralarn hem de F1, NASCAR, LeMans yarlarnda izlediimiz yksek

performansl zel aralarn performans artrlmaktadr.


6/11

ekil 4. ASKAM HI-EX etrafndaki akm izgileri.

Ara Alt Aerodinamii ve Is Transferi:

Aerodinamik deiiklikler ve estetik gereksinimler aralarn gittike daha

ufak kaput alt bolua sahip olmalarna ve buna bal olarak n zgara

girilerinin gittike ufalmasna sebep olmaktadr. Ayrca kaput altna

eklenmesi gereken her para genel olarak skk olan bu blmdekisouma iin gerekli olan havann geebilecei boluktan bir miktarn

daha ortadan kaldrr ve ortamn scaklnn hassas bileenler iin ok

saylabilecek deerlere kmasna neden olabilir. HAD yntemleriyle bu

blgelerdeki ak ve s transferi incelenebilir ve olas problemler nceden

fark edilebilir. ekil 5te binek bir ara iin yaplm analizden elde

edilmi scaklk dalmlarn grebilirsiniz. Karmak geometrinin

karmaklnn yannda fiziksel zorluklar (trblans modellemesi,

radyasyonla s transferi) da ieren bu tip aklar zmlenerek uygun

modifikasyonlar yapmak ve sl gvenilirlii st seviyeye karmak

mmkn olmaktadr.


7/11

ekil 5. Bir binek aracn kaput alt ve ara alt scaklk dalmlar.

ekil 6da Case New Holland firmas tarafndan yaplan bir traktr

zerindeki scaklk dalm grlebilir. Is transferi ve soutma, yksek

g reten ancak dk hzlarda hareket eden traktr gibi aralar iin

ayrca problemlidir. Dk hzlarda souma iin gerekli olan hava elde

edilemedii iin ar snmalar sz konusu olabilir.

ekil 6. Bir traktr zerindeki scaklk dalm.

Ayrca havay ierideki bileenlerin zerine gnderen fann da

performansnn incelenmesi ve g tketiminin drlmesi burada

olduka nem kazanmaktadr. ekil 7de ANOVA Mhendislik


8/11

tarafndan tasarlanan bir radyatr fannn analizinden elde edilmi basn

dalmn grebilirsiniz.

ekil 7. Bir radyatr fan zerindeki basn dalm.

ten Yanmal Motorlar:

ten yanmal motorlarda silindir ii ak ve motorun dier bileenleri

iindeki veya etrafndaki ak ta yine HAD yntemleri ile zlebilecek

problemler arasndadr. ekil 8de bir valf etrafndaki deiik basn

oranlarndaki (PR) ak ve sonularn deney ile karlatrlmasgrlebilir. ekil 9 da ise bir DaimlerChrysler motorunda atelemeden

sonraki alev geliimi grlebilir.

Yukardaki rneklerin dnda emme ve eksoz manifoldlar ve katalizr

gibi bileenler de yine bu yntemlerle hesaplanabilecek paralar

arasndadr.


9/11

ekil 8.Valf etrafndaki ak.

ekil 9.Alev geliimi. Renk dalm scakl gstermektedir. Krmz yksek mavidk scakl belirtmektedir.


10/11

klimlendirme:

Ara dnda olduu gibi ara iinde de scaklk ve hz dalmlar

hesaplanp konfor artlarnn salanp salanmad kontrol edilebilir.

Bylece hava klarnn konu ve byklkleri doru bir ekilde

belirlenebilir. ekil 10 da Ford-Werke AG tarafndan yaplm

simlasyondan iki resim grebilirsiniz.

ekil 10. iklimlendirme simlasyonu. stteki resim bir kesit zerindeki hzdalmn alttaki resim ise bir kesit zerindeki scaklk dalmn gstermektedir.

Yukarda anlatlan rneklerin yan sra bileen baznda fani pompa,

eanjr problemleri, eksozt sistemi analizleri farlarda s transferi ve

radyasyon analizleri, defroster zmlemeleri de HAD yntemlerinin

kullanlabilecei uygulamalara rnek olarak verilebilir. phesiz ki hem

sayca hem de eit olarak rnekleri artrmak mmkndr.


11/11

SONU

Otomotiv sektrndeki bir ok firma ak ve s transferi problemlerini

zmek amacyla HAD yntemlerine bavurmakta ve bylece daha

tasarm aamasndayken problemleri sebepleriyle beraber grerek deneme

yanlma srecine girmeden zmler gelitirip tasarm srecini

ksaltmakta ve optimize edilmi rnleri piyasaya srerek rekabet

anslarn ve mteri memnuniyetini artrmaktadrlar.

KAYNAKLAR

1) www.fluent.com2) Proceedings of Fluent Users Group Meeting, 20013) Proceedings of the 1. Europan Automotive CFD Conference, 20034) www.anova.com.tr5) Fluent News, Summer 2005

genel otomotiv etrfıda akış

Documents