Taşıtlarda kullanılan boya, macun ve kaplama malzemelerinin aerodinamik direnç katsayısına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of paint, paste and coating materials used on vehicles on aerodynamic drag coefficient
Yazar: ANIL OKAN
Danışman: DOÇ. DR. KEMAL ERMİŞ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Taşıt hareketlerine etkiyen dirençler söz konusu olduğunda en ön plandaki konulardan bir tanesi olan aerodinamik direnç katsayısı (Cd), geçmişten günümüze birçok araştırmanın gündemi olmuştur. Aerodinamik direnç katsayısının düşürülme çalışmaları, günümüzde, otomotiv sektöründe gerçekleştirilmekte olan çalışmalar arasında önemli yer tutmaktadır.
Bu çalışmada, taşıtlar üzerinde kullanılmakta olan kaplama malzemelerinin (boya, macun, özel uygulamaları vb.) yarattığı yüzey sürtünmesi farklılıklarının aerodinamik direnç katsayısı üzerindeki etkileri, sonlu elemanlar metodu kullanılarak araştırılmıştır. Buna göre, paket program vasıtasıyla tasarımı yapılmış olan bir adet 1/20 ölçekli araca, kaporta aksamları ve ön-arka cam aksamları ayrı olarak tanımlanarabk ve daha önceden belirlenmiş sanayiye uygun pürüzlülük değerleri verilerek 40 km/saat ve 150 km/saat hız değerleri arasında karşılaştığı aerodinamik direnç kuvvetleri (Fcd) ve aerodinamik direnç katsayıları hesaplanmış, sonuçlar, grafikler ve görseller vasıtasıyla ortaya koyulmuştur. Üç farklı boya pürüzlülük değeri (düşük (Ra =0,000000351 m)  – orta (Ra=0,000001032 m) – yüksek (Ra = 0,00000148 m)) ve bir adet taşıtlarda yaygın olarak kullanılan floropolimer (teflon) (Ra = 0,00000524 m) kaplama kullanılarak yapılmış olan ölçümlerde artan pürüzlülük göre aerodinamik direnç katsayısı değişimlerinin arttığı gözlemlenmiştir.
Buna göre düşük boya pürüzlülük değeri baz alındığında orta derece pürüzlülük değerine göre aerodinamik direnç katsayısında, %0,000612529'lik bir artış, yüksek derece pürüzlülük değerine göre aerodinamik direnç katsayısında, %0,00104783'lik bir artış ve floropolimer pürüzlülük değerine göre aerodinamik direnç katsayısında %0,091195826'lik bir artış meydana gelmiştir.
Bununla birlikte çalışmada taşıtın hareketi boyunca karşılaştığı basınç kuvvetlerinin taşıt kaportası ve camı üzerindeki dağılımı da gözlemlenmiştir. Buna göre ön tampon, ön cam ve yan aynalar üzerinde maksimuma yaklaşan basınç kuvvetleri, arka cam bölgesinde akış ayrılması nedeniyle azalmaktadır. Ön tampon ve araç camı üzerinde yapılacak açısal iyileştirmeler benzeri işlemler vasıtasıyla aerodinamik direnç kuvvetinin düşürülebileceği gözlemlenmiştir.

Anahtar kelimeler: aerodinamik, sonlu elemanlar metodu, sürtünme katsayısı, yüzey pürüzlülüğü, hesaplamalı akışkanlar dinamiği

Abstract:
Aerodynamic drag coefficient (Cd), which is one of the foreground subjects that have resistance to vehicle movements, has been the agenda of many researches from past to present. The efforts to reduce the aerodynamic resistance coefficient have an important place among the studies carried out in the automotive industry today.
In this study, the effects of surface roughness differences created by coating materials (paint, paste, special applications, etc.) used on vehicles on the aerodynamic drag coefficient were investigated using the finite element method. Accordingly, the aerodynamic drag forces (Fcd) and aerodynamic drag coefficients encountered between 40 km/hours – 150 km/hours speeds by identifying the body parts and front-rear window parts separately to a 1/20 scale vehicle designed by means of a package program and by giving the roughness values suitable to the predetermined industry calculated, the results are presented through graphs and visuals. 
Three different paint roughness values (low (Ra = 0.000000351 m) - medium (Ra = 0.000001032 m) - high (Ra = 0.00000148 m)) and one commonly used fluoropolymer (Teflon) (Ra = In the measurements made using a 0.00000524 m) coating, it has been observed that the changes in the aerodynamic resistance coefficient increase with respect to increasing roughness levels.
Accordingly, based on low paint roughness value, an increase in aerodynamic resistance coefficient according to medium roughness value, an increase of 0.000612529%, an increase in aerodynamic resistance coefficient according to high degree roughness value, an increase of 0.00104783% and aerodynamic resistance compared to fluoropolymer roughness value There was an increase in the coefficient of 0.091195826%.
In addition, the distribution of pressure forces on the vehicle hood and windscreen was also observed in the study. Accordingly, the pressure forces approaching the maximum on the front bumper, windscreen and side mirrors; In the rear windscreen area, flow is reduced due to separation. It has been observed that the aerodynamic resistance force can be reduced by processes such as angular improvements to be made on the front bumper and vehicle windscreens.

Keywords: aerodynamics, finite element method, friction coefficient, surface roughness, computational fluid dynamics