Ahmed gövdesinin farklı arka yüzey geometrik konfigürasyonları için aerodinamik özelliklerinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of aerodynamic characteristics of Ahmed body for different rear slanted surface configurations
Yazar: CAFER KAMACI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KENAN KAYA
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akış kontrol teknikleri = Flow control techniques ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Kanat = Wing ; Sürükleme katsayısı = Drag coefficient ; Türbülanslı akış = Turbulent flow

Özet:
Bu çalışmada 25° ve 35°'lik arka eğim açılarına sahip Ahmed gövdesinin arka eğimli yüzeyinin hücum kenarı üzerine dikdörtgen kesitli kanatlar eklenmiş ve Reynolds sayısının 2.6 milyon olduğu durum için bu model etrafındaki üç boyutlu, türbülanslı, daimî, sıkıştırılamaz akış alanı sayısal çözümler yoluyla hesaplanmıştır. Tek, iki, üç ve dört kanat ile uzun tek kanat olmak üzere beş farklı geometrik konfigürasyon göz önüne alınmıştır. Sayısal çözümler ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü ANSYS Fluent kullanılarak yapılmıştır. Farklı türbülans modeli ve duvar fonksiyonu kombinasyonları için sayısal çözümler yapılmış ve daha önce üzerine kanat eklenmiş Ahmed gövdesinin incelendiği bir deneysel çalışmadan elde edilen sürükleme katsayısı sonuçları referans alınarak sayısal model doğrulanmıştır. Buna göre, k-epsilon Realizable türbülans modeli ve Menter-Lechner duvar fonksiyonu kombinasyonu %8.8'lik hata ile söz konusu deneysel çalışmadakine en yakın sonucu vermiştir. Sayısal çözüm sonuçlarına göre, arka eğim açısı 25° olan Ahmed gövdesiiçin en iyi performans, kanatsız modele göre sürükleme katsayısında 2.6% oranında bir düşüş ile üç kanatlı durumda elde edilmiştir. Çeşitli düzlemlerdeki hız vektörleri, akım çizgileri ve basınç kontürleri birlikte incelenmiş ve arka eğim açısı 25° olan Ahmed gövdesinde sürükleme katsayısı düşürme mekanizmasının, arka yüzeyin hücum kenarı üzerinde kısmi yüksek basınç bölgeleri oluşmasına ve arka eğimli yüzey üzerinde oluşan ikincil girdabın yok edilerek, ters yönlü olduğu halde akımın arka yüzeye tutunmasına bağlı olduğu tespit edilmiştir. Buna karşılık, arka eğim açısı 35° olan Ahmed gövdesinde arka eğimli yüzey üzerinde ikincil bir girdabın oluşmadığı ve buradaki ters akım zaten yüzeye tutunduğundan arka eğimli yüzey üzerinde akım ayrılmasının gerçekleşmediği görülmüştür. Bu nedenle arka eğim açısı 35° olan Ahmed gövdesinde kanat eklenmesinin sürükleme katsayısında yarattığı değişim ihmal edilebilir düzeyde kalmakla birlikte, iki, üç ve dört kanat eklenmesi durumunda sürükleme katsayısının küçük bir oranda arttığı görülmüştür.

Abstract:
The present study investigates aerodynamic characteristics of Ahmed Body numerically, in case of that rectangular flaps are attached to the leading edge of the rear slanted surface with rear slant angles of 25° and 35°. Numerical calculations have been conducted for three-dimensional, turbulent, steady, incompressible flow; for a Reynolds number of 2.6 million. Five different flap configurations have been considered: single flap, two flaps, three flaps and four flaps, as well as a single long flap. The commercial computational fluid dynamics solver ANSYS Fluent is used for the computations. Numerical solutions have been conducted with different combinations of turbulence model and wall functions, and the numerical model is validated considering the values of drag coefficient obtained in a previous experimental work which studied slanted surface with flaps attached. Accordingly, the k-epsilon Realizable turbulence model with Menter-Lechner wall function estimates the drag coefficient the closest to that of the previous experimental study, with an error of 8.8%. Results of the numerical calculations have shown that, for the Ahmed model with 25° rear slant angle, the best performance is obtained with three flaps mounted on the leading edge of the rear slanted surface, which provides a reduction in drag coefficient by 2.6%, compared to the model without flaps. Velocity vectors, streamlines and pressure contours in various planes are examined together and it is found that the drag reduction mechanism for the Ahmed model with a rear slant angle of 25°, relies on generating a suction line along the leading edge of the rear slanted surface and thus eliminating the secondary vortex formed on the rear slanted surface, so that the flow remains attached, although it is reversed. On the other hand, for the Ahmed model with 35° rear slant angle, a secondary vortex does not form on the rear slanted surface, since the reverse flow here is already attached, and no flow separation occurs on the rear slant. Therefore, change in the drag coefficient by employing flaps is negligible, moreover, the drag coefficient slightly increases for the two-, three-, and four-flap configurations.