Belirli bir otomobilin ön bölümündeki aerodinamik etkilerin ve enerji kaybının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of aerodynamic effects and energy loss in the front part of a particular vehicle
Yazar: AHMET YILDIZ
Danışman: PROF. DR. BEŞİR DANDIL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Aerodinamik = Aerodynamics ; Aerodinamik katsayılar = Aerodynamic coefficients ; Otomobil = Automobile ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Yakıt tüketimi = Fuel consumption

Özet:
Bu tez çalışmasında, belirli bir otomobilin ön bölümündeki aerodinamik etkilerin ve enerji kaybının sayısal incelemesi yapılmıştır. Bu amaçla araç ön bölümüne etkiyen sürükleme direnci ve bunun enerji tüketimine etkisi incelenmiştir. Öncelikle, ölçüleri belirlenmiş araç modellenmiştir. Solidworks programında tasarlanan temsili otomobil modeli üzerinde Ansys  Fluent yazılımında k-ε türbülans modeli kullanılarak üç  boyutlu hava akış benzetimi uygulanmıştır. Taşıtın ağ yapısı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak oluşturulmuştur. Çözüm için Ansys'de sınır şartları olarak serbest akış hızı 27 m/s alınmıştır ve hava akış özellikleri belirlenmiştir. Ön bölümü kapalı olan otomobil modeli için sürükleme ve kaldırma katsayıları gibi aerodinamik karakteristikler hesaplanmıştır. Böylece, akış Fluent programında analiz edilerek, otomobilin ön formuna etkiyen sürükleme direnç katsayısı (Cd) bulunmuştur. Ayrıca elde edilen bu verilerin enerji tüketimine olan etkileri araştırılmıştır.

Daha sonra aracın ön bölümüne delik açılarak ve ızgara yerleştirilerek analizler ayrı ayrı tekrar yapılmıştır. Ayrıca, aracın ön bölümündeki deliğin arkasına rüzgar türbini ilave edilmesiyle aerodinamik sürükleme direnç katsayısının ve enerji tüketiminin değişimi incelenmiştir. 

Sonuç olarak ön bölümünde delik, ızgara, türbin bulunan araçlarda enerji tüketiminin kapalı form otomobile göre daha fazla olduğu görülmüştür. Ancak otomobile ilave edilen rüzgar türbini yardımıyla üretilen enerjinin ana model otomobile göre oluşan kayıp enerjiden daha fazla olduğu görülmüştür. Böylece otomobile etkiyen aerodinamik kayıp enerjinin bir kısmının rüzgar türbini yardımıyla geri kazanımının mümkün olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Aerodinamik, Aerodinamik sürükleme direnç katsayısı, otomobil,  Ansys Fluent, yakıt tüketimi.

Abstract:
In this thesis, a numerical study investigating the aerodynamic effects and loss of energy in the front part of a particular car has been made. For this purpose, the air resistance affecting the front part of the vehicle and its effect on energy consumption has been analyzed. Firstly, the vehicle with certain dimensions has been modeled. Three dimensional air flow simulation has been applied to the representative car model which has been designed in the Solidworks program, by using k-ε turbulence model through Ansys Fluent software. The meshing structure of the vehicle has been generated by using finite elements method. For the solution part in Ansys, the free flow velocity of 27 m/s is taken as the boundary conditions and the air flow properties have been determined. The aerodynamic characteristics such as drag and lift coefficients are calculated for the car model with closed front panel. Thus, by analyzing the flow Fluent program, the drag coefficient (Cd), which affects the preform of the car, is found. Also, the effects of these results on energy consumption has been investigated.

After that, the analyzes have been separately carried out again by drilling a hole and placing the grid in the front part of the vehicle. In addition, the variation of the aerodynamic drag coefficient and energy consumption resulting from adding a wind turbine behind the hole in the front section of the vehicle has been investigated.

As a result, it has been observed that the energy consumption in vehicles with hole, grille or turbine in their front part is more than the energy consumption of closed form vehicle. However, with the help of the wind turbine, which is added to the vehicle, it is seen that the energy generated is much more than the loss of energy generated by the main model vehicle. Thus, it has been shown that some of the aerodynamic energy losses, which affects the vehicle, can be recovered with the aid of wind turbine.

Keywords: Aerodynamics, drag coefficient, vehicle, Ansys Fluent, fuel consumption