Upload
raculow
View
241
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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,
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
9/11
ekil 8.Valf etrafndaki ak.
ekil 9.Alev geliimi. Renk dalm scakl gstermektedir. Krmz yksek mavidk scakl belirtmektedir.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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.
8/3/2019 genel otomotiv etrfda ak
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