Taşıt vites kutularındaki ısı transferinin matematiksel modellenmesi
Mathematical model of vehicle gearbox heat transfer
Yazar: ATA YİĞİT YILDIRIM
Danışman: YRD. DOÇ. DR. LEVENT YÜKSEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fosil enerji kaynaklarının giderek tükenmesi ve enerji arzında yaşanan güvenlik sorunları nedeniyle akaryakıt fiyatları sürekli olarak dalgalanmaktadır.  Bununla birlikte artan çevre bilinci ve hükümetlerin egzoz emisyonlarıyla ilgili aldıkları ciddi önlemler neticesinde de tüketici cephesinde yakıt tüketiminin önemi artmıştır. Yeni regülasyonlar ve müşteri beklentileri otomotiv üreticilerini de daha düşük yakıt tüketimine sahip taşıtlar tasarlamaya teşvik etmektedir. Taşıt yakıt ekonomisi açısından önemli bir unsur olan aerodinamik dirençleri azaltmak için firmalar çok çeşitli tasarımlar ortaya koymaktadır. Bu noktada uygulanan gövde altı panelleri, vites kutuları etrafındaki hava akışını azaltmakta aynı zamanda artan motor güçleri ile soğutma ihtiyacı artmaktadır. Bu durum belirli bir seviyeye kadar yakıt tüketimi açısından faydalı sonuçlar verse de artan çalışma sıcaklıları kontrol altında tutulmadığında vites kutusunun mekanik ömrünü azaltabilen bir etki yapabilmektedir. Bu çalışmada hafif ticari bir aracın vites kutusu çalışma sıcaklıklarını, projenin ilk safhalarında hesaplayabilecek boyutsuz bir matematiksel modelin yaratılması hedeflenmiştir. 
Bu bağlamda modelin ihtiyaç duyabileceği teknik veriler için bazı araç seviyesi bilgisayar destekli akış analizleri yapılmış, üretici firmalardan gerekli teknik veriler toplanmış, model çıktıların desteklenmesi amacıyla tam boyutlu rüzgar tünelinde araç testleri yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucu oluşturulan matematiksel model sayesinde istenen test çevrimi, taşıt ve vites kutusu için zamana bağlı vites kutusu çalışma sıcaklıkları hesaplanabilmektedir. Bu sayede projenin bilgisayar destekli tasarım safhalarında vites kutusu sıcaklıkları tahmin edilebilmekte ve gerekli tasarım aksiyonları prototip - kalıp maliyetleri oluşmadan alınabilmektedir. Aynı zamanda motorla ilgili sağlanacak ek verilerle de vites kutusu sıcaklıklarının yakıt tüketimine yapacağı etkiler görülerek yakıt tüketimi ve termal sistemler ekipleri arasında fayda-zarar analizi yapılabilecektir.

Abstract:
Constant fluctuations are observed on the fuel prices today due to increasing demand on fossil energy resources and the security problems experienced in energy supply chain. In addition to that, fuel consumption concerns have increased in the consumer market due to increasing environmental awareness and serious measures taken by governments regarding exhaust emissions. New regulations and customer expectations encourage automotive manufacturers to design vehicles with lower fuel consumption. In order to achieve lower aerodynamic resistance, which is an important factor in vehicle fuel economy, companies offer a wide range of component and vehicle designs. Popular underfloor panel applications at this point may cause rises on transmission operating temperatures by reducing air flow around the gearboxes, which needs more air flow due to increased engine powers. This application gives beneficial results in terms of fuel consumption up to a certain level, but it can also have an effect on the mechanical life of the gearbox if thermal characteristics are not under control. In this study, it was aimed to create a dimensionless mathematical model that can calculate the gearbox operating temperatures of a light commercial vehicle in the early stages of the project.
During development phase of this model, necessary technical data were collected from the manufacturers, vehicle level CFD analyzes and full size wind tunnel tests were made to support model outputs. The resultant mathematical model can be used to calculate time-dependent gearbox operating temperatures for defined test cycle and vehicle specifications. In this way, the gearbox temperatures can be predicted during the computer-aided design phase of the project and the necessary design actions can be taken without p
rototype & die costs. At the same time, fuel consumption effect of gearbox temperatures can also be calculated with additional engine data. This will also help to reduce team workloads on trade-off issues between fuel consumption and thermal attributes.