Taşıtlarda yan ayna üzerindeki akış karakteristiklerinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of flow characteristics on side mirrors in vehicles
Yazar: EMRE ULUTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ONUR YEMENİCİ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Yan ayna = Side mirror

Özet:
Taşıtlar için sürüklenme katsayısı aracın şekli ve aerodinamik özelliklerine bağlı olarak belirlenmektedir. Yan aynaların aerodinamik tasarımı aracın sürüklenme katsayısını etkilemektedir. Düzgün şekilde tasarlanan ve uygun şekilde konumlandırılan yan aynalar aracın hava direncinin azaltılmasını sağlayarak, yakıt verimliliğinin arttırılmasında önemli rol oynar. Bu nedenle yan ayna tasarımlarında optimizasyon çalışmaları oldukça kritiktir. Bu çalışmada, özellikle günümüz konsept araçlarda ve elektrikli araçlarda kullanılan kameralı yan aynalara etki eden akış karakteristiklerinin nümerik olarak incelenerek sürüklenme katsayısının iyileştirilmesine odaklanılmıştır. Çalışmanın amacı, yeni ayna tasarımları ve kanal yapıları vasıtasıyla taşıtlarda yan ayna kaynaklı aerodinamik kayıpları iyileştirmektir. Bu doğrultuda farklı ayna tasarımları ve kanal yapıları tasarlanarak, Ansys Fluent ortamında incelenmiştir. Kıyaslamaların yapılabilmesi için referans alınan geleneksel ayna ve tasarımları yapılan Model1 ve Model2 kameralı yan aynalar üzerinden analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, Model1 ve Model2 kameralı yan aynalarda akış yüzeyine paralel olacak şekilde açılan kanal yapısının sürüklenme katsayısına ve akış karakteristiklerine etkileri incelenmiştir. Tüm ayna modellerinde analizler 20, 30 ve 40 m/s hızlarda gerçekleştirilmiş olup, analizlerde SST k-ω türbülans modeli kullanılmıştır.  Geleneksel ayna modeli üzerinden sağlama çalışması yapılmış olup, sonucunda hesaplama hacminin genişliği 800 mm, yüksekliği 800 mm ve uzunluğu 1200 mm olarak belirlenmiştir. Ayna girişten 400 mm ileride konumlandırılmıştır. Analizlerin sonucunda tüm ayna modellerinde hız arttıkça sürüklenme katsayısının düştüğü görülmüştür. Model1 ve Model2 kanallı kameralı yan aynalardaki kanal yapısı sayesinde, cisim ardı bölgelerinde geleneksel aynaya ve kanalsız modellerine kıyasla akış ayrılmalarının ve vortekslerin çok büyük ölçüde önüne geçildiği görülmüştür. Sürüklenme katsayısındaki maksimum iyileşme 40 m/s hızda Model1 kanallı kameralı yan aynada elde edilmiştir. 40 m/s hızda sürüklenme katsayısı değerlerinde geleneksel aynaya kıyasla Model1 kanallı kameralı yan aynada %45,8 ve Model1 kameralı yan aynada ise %33,4 iyileşme sağlanmıştır. 40 m/s hızda sürüklenme katsayısı değerlerinde geleneksel aynaya kıyasla Model2 kanallı kameralı yan aynada %39,7 ve Model2 kameralı yan aynada ise %32,3 iyileşme sağlanmıştır.

Abstract:
The drag coefficient for vehicles is determined based on the shape and aerodynamic characteristics of the vehicle. The aerodynamic design of side mirrors influences the vehicle's drag coefficient. Properly designed and positioned side mirrors can significantly reduce the vehicle's air resistance, playing a crucial role in improving fuel efficiency. Therefore, optimization studies in side mirror design are of critical importance. In this study, the focus is on numerically investigating the flow characteristics affecting camera side mirrors, which are particularly used in modern concept vehicles and electric vehicles, with the aim of improving the drag coefficient. The aim of the study is to improve the aerodynamic losses caused by side mirrors in vehicles through new mirror designs and slot structures. In this context, different mirror designs and slot structures were developed and analyzed using Ansys Fluent. Analyses were conducted on traditional mirrors, as well as the designed Model1 and Model2 camera side mirrors, to enable comparisons. Additionally, the effects of slot structures, which are opened parallel to the flow surface in Model1 and Model2 camera side mirrors, on the drag coefficient and flow characteristics were examined. All mirror models were analyzed at speeds of 20, 30, and 40 m/s, utilizing the SST k-ω turbulence model. A validation study was conducted based on the traditional mirror model, and as a result, the computational domain dimensions were determined as 800 mm in width, 800 mm in height, and 1200 mm in length. The mirror was positioned 400 mm downstream from the inlet. The analysis results showed that as the speed increased, the drag coefficient decreased for all mirror models. It was observed that, thanks to the slot structure in the Model1 and Model2 camera side mirrors, flow separations and vortices in the wake regions were significantly reduced compared to the traditional mirror and non-slotted models. The maximum improvement in the drag coefficient was obtained at a speed of 40 m/s in the Model1 slotted camera side mirror. At 40 m/s, drag coefficient values showed an improvement of 45.8% in the Model1 slotted camera side mirror and 33.4% in the Model1 camera side mirror compared to the traditional mirror. At 40 m/s, drag coefficient values showed an improvement of 39.7% in the Model2 slotted camera side mirror and 32.3% in the Model2 camera side mirror compared to the traditional mirror.