FBE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/51
Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, sadece yüksek lisans düzeyinde eğitim vermektedir. Isı-Akışkan Programı Termodinamik, Akışkanlar Mekaniği ve Isı Geçişi konularında ileri seviyede araştırma, geliştirme ve öğretim faaliyetleri yapan bir programdır.

Gözat

Yazar "Ağar, Anıl Can" ile FBE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Evaluation of an automotive air intake system in terms of pressure loss and flow characteristics
    (Institute of Science and Technology, 2015) Ağar, Anıl Can ; Özdemir, İlyas Bedii ; 421263 ; Head and Fluids
    Bir otomobilin tasarımındaki en önemli unsurlardan biri üretilen parçaların akışkanlarla etkileşiminin doğru şekilde hesaplanması ve davranışının önceden bilinmesidir. Özellikle araca hareket fonksyonunu kazandıran motor, akışkan etkileşimi bakımından tüm aracın en karmaşık kısmıdır. Sistemdeki sürtünmeyi azaltan yağlama sistemindeki yağın, yanma sonucu ortaya çıkan ısının malzeme için tehlikeli olmasını önleyen soğutma sistemindeki suyun, yanma odasına beslenen yakıtın ve en önemlisi atmosferden yanma odasına, yanma odasından eksoza gerçekleşen ve motor performansını belirleyen havanın akışı, motor içerisindeki akışkan hareketlerini oluşturur. Bu çalışmanın ana odağında havanın atmosferden yanma odasına kadar izlediği yolu oluşturan hava emiş sistemi bulunmaktadır. Hava emiş sistemindeki kayıpların hesaplanması ve tasarımın kayıpları en aza indirecek şekilde yapılması motorun tasarımı açısından kritik önem taşır. Son yıllarda daha çevreci motorlar üretilmesi yönünde yapılan yasal düzenlemeler, otomotiv şirketlerini üretilen her motordan olabilecek en iyi performansı ve en yüksek verimi almaya yönlendirmektedir. Günümüz teknolojisinde hava emiş sisteminde karşılaşılan karmaşık geometri ve yapıların üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile incelenip performansının değerlendirilmesi mümkündür. Bu çalışmada hava emiş sisteminin akışkanlar dinamiği açısından en karmaşık parçası sayılabilecek hava filtresinin HAD ile modellenmesini kolaylaştıran bir yöntem geliştirilmiş ve kullanıma sunulmuştur. Hava emiş sistemindeki kayıpların doğru hesaplanabilmesi için otomotiv firmaları iki ana yol izlemektedirler. Bunlardan birincisi hava ile etkileşecek parçaların prototiplerinin üretilerek deneylere tabi tutulması olup bu yöntem çoğunlukla motor tasarımının ilk aşamalarında mümkün değildir. Bu yöntemin kullanılması aynı zamanda birden fazla tasarım alternatifinin değerlendirilmesi gerektiği durumlarda oldukça pahalı ve iş gücü gerektiren bir hal alır. Bu güçlükleri içermeyen ve tasarım esnasında kullanılan diğer yöntem ise bilgisayar destekli benzetimlerle parçaların performanslarının sanal ortamda değerlendirilmesidir. İçerdiği karmaşıklık ve gerektirdiği teorik bilgi yükü nedeniyle benzetimin doğru, gerçeğe yakın ve etkin şekilde yapılması sistem hakkında doğru bilgiyi almak açısından büyük önem taşır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği açısından hava emiş sisteminin en karmaşık parçası içerdiği küçük ölçekli detaylar ve gözenekli yapısı nedeniyle hava filtresidir. Otomobillerde kullanılan hava filtreleri çoğunlukla "filtre kağıdı" adı verilen geniş düzlemsel malzemenin katlanması ile elde edilen girinti ve çıkıntılara sahip geometriyi içerir. Bu parçanın ana görevi aracın çalıştığı ortamdaki tozun ve kirin motorun içerisine ulaşmasını önlemektir. Motorun çalışması esnasında iyi tasarlanmış bir hava emiş sistemi üzerindeki kayıpların büyük çoğunluğunu hava filtresi oluşturur. Kaybın HAD ile doğru hesaplanabilmesi için filtrenin karmaşık xxiv yapısının doğru modellenmesi esastır. Ancak hava filtresinin en ince ayrıntısına kadar modellenmesi benzetime çok büyük bir hesaplama yükü getirir. Bu nedenle literatürdeki genel eğilim, hava filtresinin detaylardan arındırılarak gözenekli bir blok halinde modellenmesi yönündedir. Hava emiş sisteminin tümünün benzetime katıldığı durumlarda bu yaklaşımın hesaplama süresi ve maliyeti bakımından getirdiği kazanımlar aşikardır. Ancak bahsi geçen "gözenekli blok" model içerisinde doğru temsil edilmelidir. Ticari HAD programları genellikle gözenekli ortamın yarattığı kayıpları genel momentum denkleminde gövde kuvveti adı verilen momentum kayıp mekanizmaları altında değerlendirir. Bu çalışmanın amaçlarından biri benzetimde kullanılan momentum denklemindeki gövde kuvvetinin doğru hesaplanmasını sağlamada kullanılan katsayıları belirlemede kullanılan bir yöntemin başarıyla uygulanmasıdır. Bu yöntem fiziksel özellikleri bilinen karmaşık hava filtresi geometrisinin küçük bir kısmının analiz edilmesi sayesinde, deneysel yöntemler kullanılmaksızın yeterli bir yaklaşıklıkla ilgili katsayıların hesaplanmasını sağlamaktadır. Çalışmaya konu olan düzlemsel hava filtresi içerisinden seçilen alan, filtre kağıdında oluşan üç ana yöndeki akış HAD analizine tabi tutulmuştur. Bu üç ana yön; havanın katlamaların gerçekleştirildiği doğruya paralel doğrultu, havanın büyük çoğunluğun izlediği yol olan katlama doğrultusuna düşey yönde dik olan doğrultu ve havanın geçmekte en çok zorlanacağı katlamalara filtre düzleminde dik olan doğrultudur. Bu üç doğrultu üç ayrı benzetim grubunda incelenmiş ve her benzetimde o doğrultuya özgü tahmini debi aralıkları taranarak hızlara bağlı basınç kaybı karakteristikleri belirlenmiştir. Belirlenen bu değerler üzerinden geçirilen eğrilerle Forchaimer terimini içeren Darcy kanununa göre poroz ortam katsayılarına ulaşılmıştır. Benzetimlerde yaygın kullanılan ticari HAD yazılımlarından StarCCM+(v10.02) tercih edilmiştir. Üç ana yönde yapılan analizler sonucunda elde edilen gözenekli ortama dair katsayılar daha sonra benzetime tabi olan filtre kağıdının takıldığı bütün bir hava emiş sisteminin analizinde kullanılmış ve sistemde oluşan basınç kayıpları kademeli bir şekilde hesaplanmıştır. Çalışma sonunda hesaplanan basınç kayıpları ilgili standart yönergelere uygun yapılmış deneylerle doğrulanmıştır. Doğru bir hava emiş sistemi modellemesi için HAD modelinin yalnızca basınç kaybını doğru modellemesi de yeterli değildir. Yapılan benzetimde gözenkli blok halinde modellenen filtre kağıdı bölgesinin içerisinde oluşacak akış alanının doğru şekilde modellenmesi de öncesindeki ve sonrasındaki parçaların oluşturduğu kayıpları doğru modellemek açısından kritik önem taşımaktadır. Bu yöntem ile daha önceden yapılan deneyler ile belirlenen gözenekli ortam katsayıları deneye ihtiyaç duymaksızın HAD ile belirlenebilir hale gelmiştir. Yöntemin etkin çalışabilmesi için gereken tek deney otomotiv ve tekstil endüstrisinde filtre elemanlarının standartlaştırılması amacıyla yapılan ASTM(F778-88) standartlarına dayalı ölçümün sonuçlarıdır. Filtre kağıdı üreticileri ürün gamındaki ürünleri bu deney ile belirlenen hava geçirgenliğine göre sınıflandırırlar. Seçilen filtre için ulaşılan hava geçirgenliği ölçüm sonuçlarına da çalışma içerisinde ayrıca yer verilmiştir. Çalışmanın tamamlanması ile beraber; - Hava emiş sisteminin basınç kaybı ölçülen değere kıyasla HAD tarafından %11 seviyesinde bir fark ile doğru tahmin edilmiştir. - Hava filtre elemanının katlanmış haldeki basınç kaybı HAD tarafından, ölçülen değerine kıyasla %15 daha az olarak tahmin edilmiştir. xxv - ASTM F778-88 standardı kapsamında yapılan ölçüm HAD ortamında tekrarlanmış ve basınç kaybı %7'nin altında bir fark ile doğru tahmin edilmiştir. Filtre elemanının HAD benzetimlerinde daha detaylı incelenmesi sayesinde basınç kayıpları literatürdeki benzer çalışmalara kıyasla daha ölçüm sonuçlarına daha yüksek yaklaşıklıkla belirlenmiştir. Bunun yanı sıra kütle debisi sensörünün öncesi ve sonrası, filtre elemanının giriş yüzeyi, kompresör girişi gibi kritik bölgelerdeki akış dağılımları görsel olarak alınan eş basınç ve hız eğrileri ile; ve sayısal olarak da tekdüzelik katsayısı (uniformity index) ile gösterilmiştir.