Taşıtlarda yan ayna üzerindeki aerodinamik etkilerin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of aerodynamic effects on automotive rear view side mirrors
Yazar: MERVE VATANSEVER ENSARİOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR YEMENİCİ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Araç aerodinamiğinde sürüklenme katsayısının düşürülmesi amacıyla yapılan çalışmalar; yakıt tüketim miktarı, araç menzili, çevresel etki konularında iyileşme sağlamaktadır. Sürüklenme kaynakları arasında olan yan aynaların, toplam sürüklenme katsayısına etkisi %2 - %6 arasındadır.
Bu nümerik çalışmada, ilk olarak, 4 farklı yan ayna modelinde, farklı hızların ve sapma açılarının etkisi, tam faktöriyel bir deney planı ile analiz edilmiştir. İkinci olarak ise modellerin ikisi için bağlama kolu geometrisine ait 3 değişkenin (boyut oranı, yükseklik, uzunluk) etkileri kesirli faktöriyel Taguchi L9 deney planına göre incelenmiştir. İstatistiksel sonuçlar, akış karakteristikleri ile açıklanmıştır.
Hızın incelenen aralıkta sürüklenme katsayısı üzerine anlamlı bir etkisi olmadığı görülmüştür. Diğer yandan, yan kısımlarda boylamasına vortekslerin oluşmadığı Model 1 ve Model 3'te, sapma açısı ile sürüklenme katsayısı arasında birinci dereceden bir ilişki bulunmuştur. Sapma açısı arttıkça sürüklenme katsayısı doğrusal olarak düşmüştür. Model 2 ve Model 4'te ise sapma açısı ile sürüklenme katsayısı arasında ikinci dereceden bir ilişki bulunmuş ve değişim eğrisinin işaret de değiştirdiği görülmüştür. Sapma açısındaki artışla sürüklenme katsayısının artıp sonra azalması, negatif sapma açısında boylamasına vortekslerin oluşmamasına bağlanmıştır.
Model 1'de dengeli bir vorteks çifti oluşurken Model 2'de boylamasına vortekslerin etkisi ile aşağıya-sapma oluşmuştur. Model 3'te boylamasına vortekslerin oluşmadığı ve enlemesine vorteks çiftinin yukarıya-sapma oluşturduğu gözlenmiştir. Model 3'teki akış dik (squareback) otomobillerin arkasındaki ile benzerlik göstermiştir. Model 4'te, akım çizgilerinin kısa mesafede birleştiği, ancak diğer modellerden farklı olarak çapraz bir yol kat ederek araçtan uzaklaşan boylamasına vortekslerin, cisim-ardı bölgesinde belirleyici olduğu görülmüştür.
Dairesel / eliptik kesitli olan ve eğrisel olarak uzayan Model 1'e ait kolda en etkili parametre yükseklik olmuştur. Boyut oranındaki ve uzunluktaki artış sürüklenme katsayısını düşürürken, yükseklikteki artış sürüklenme katsayısını arttırmıştır.  Dörtgen kesitli olan ve doğrusal uzayan Model 2'ye ait kolda en etkili parametre boyut oranı olmuştur. Boyut oranındaki artış sürüklenme katsayısını düşürürken, uzunluktaki ve yükseklikteki artış sürüklenme katsayısını arttırmıştır.

Abstract:
Studies carried out to reduce drag coefficient in vehicle aerodynamics, provide improvements in fuel economy, vehicle range and environmental effects. Side mirrors, as a source of drag, have a 2% and 6% contribution to the total drag coefficient.
In this numerical study, firstly, the effects of different velocities and yaw angles in 4 different side mirror models were analyzed with a full factorial experimental design. Secondly, for 2 of the models, the effects of 3 variables (aspect ratio, height, length) of mirror arm geometry were examined according to the fractional factorial Taguchi L9 experimental design. The statistical results were explained by flow characteristics.
It has been observed that the velocity does not have a significant effect on the drag coefficient in the range studied. On the other hand, in Model 1 and Model 3, where longitudinal vortexes did not occur on the side regions, a first-order relationship was found between the yaw angle and the drag coefficient. As the yaw angle increased, the drag coefficient decreased linearly. In Model 2 and Model 4, a second-order relationship was found between the yaw angle and the drag coefficient and it was observed that also the curve changed sign. The drag coefficient increased and then decreased with the increase in yaw angle, due to the absence of longitudinal vortexes at negative yaw angle.
While a balanced vortex pair was formed in Model 1, downwash occurred in Model 2 by the effect of longitudinal vortexes. In Model 3, it has been observed that longitudinal vortexes did not occur and the transverse vortex pair caused upwash. The flow in Model 3 was similar to that behind the squareback cars. In Model 4, the streamlines closed at a short distance, but longitudinal vortexes, which travelled a cross path and moved away from the vehicle unlike in the other models, were determinative in the wake region.
The most effective parameter in the arm of Model 1, which has a circular / elliptical cross section and extends curvilinearly, was the height. While the increase in aspect ratio and length decreased the drag coefficient, the increase in height increased the drag coefficient. The most effective parameter in the arm of Model 2, which has a rectangular cross-section and extends linearly, was the aspect ratio. While the increase in the aspect ratio decreased the drag coefficient, the increase in length and height increased the drag coefficient.