LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı- Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/20280

Gözat

Konu "aerial vehicles" ile LEE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı- Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Numerical investigation of thermal comfort for passengers in a helicopter cabin
    (ITU Graduate School, 2025) Külte, Mehmet ; Çadırcı, Sertaç ; 503221110 ; Heat and Fluid
    Bu tezde, helikopter kabini içerisindeki yolcuların konforu ve yolcuların konforunu etkileyen parametreler numerik olarak incelenmiştir. Hava araçlarında pilot ve yolcuların konforunun sağlanması operasyonun sağlıklı şekilde devam ettirilebilmesi adına önem taşımaktadır. Hava dağıtım sistemleri hava araçlarında güvenli, sağlıklı ve rahat kabin ortamı yaratılması adına kritik öneme sahiptir. Helikopter kabini gibi karmaşık yapılarda homojen hava hızı ve sıcaklığı elde edilmesi oldukça zorlu bir görevdir. Kabin içerisinde homojen ortamın sağlanması için için hava çıkışlarının konumlarının ve debilerinin dikkatlice belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Kabin içerisindeki düşük hava hızları ve yüksek sıcaklıklar, yolcular arasında rahatsızlık hissine neden olabilmektedir. Helikopterler kullanım amaçlarına ve üstlendiği görevlere göre farklı tasarımlara sahip olabilir. Kokpit bölgesinde iki pilot ve kabin bölgesinde tasarımlarına göre farklı yolcu kapasitesine sahip olabilir. Her ne kadar tasarımlar birbirinden farklı olsa da her bir hava aracının uygun olması gereken standartlar literatürde mevcuttur. SAE ARP292, ASHRAE 161-2013 ve ASHRAE 161-2007 hava araçlarının sağlaması gereken bazı standartlardır. Tez içerisinde bu standartların önemli çıktıları aktarılmıştır. Tez çalışmasına öncelikli olarak literatur taraması yapılarak başlanmıştır. Literatürde hava araçları özellikle uçaklar özelinde termal konfor çalışmaları yer almaktadır. Deneysel ve numerik çalışmalar genellikle hava çıkış konumlarının belirlenmesi ve etkilerinin incelenmesi üzerine olmaktadır. Ardından literatürde yer alan ve önceden gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan birisi ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücüsü olan Star CCM+ yazılımı ile tekrar çözülmüş, doğrulaması yapılmış ve akış hacminin belirli bölgelerindeki hız dağılımları incelenerek çalışma için gerekli altyapı oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalar için gerekli altyapının olmayışı, incelenecek her bir parametre için maliyetlerin yüksek olması sebebiyle çalışma numerik olarak devam etmiş ve deneysel olarak inceleme yapılmamıştır. Analizler üç boyutlu, zamandan bağımsız ortamda yapılmıştır. Tezde incelenen helikopter kabini 3900-2600-1700 mm boyutlarındadır. Kabin içerisinde 4 yolcu ve yolcuların koltukları bulunmaktadır. Helikopter kabini karmaşık bir geometriye sahiptir ve aslına uygun olacak şekilde sadeleştirmeler yapılmıştır. Kabin içerisindeki aviyonik ekipmanlar ve ekipmanların ısıl yükleri ihmal edilmiştir. Helikopter için en zorlu sıcaklık ve güneş yükü koşulları altında analizler gerçekleştirilmiştir. Helikopterin bulunduğu ortam sıcaklığı 50 °C ve durgun ortamda olduğu kabulü yapılmış ve en zorlayıcı ortam için analizler gerçekleştirilmiştir. Helikopter kabini içerisinde gasper adı verilen bireysel hava çıkışları ve ana çıkışlardan soğuk hava sağlanarak kabin ortalama sıcaklığı belli seviyelerde tutulmaya çalışılmış ve yolcuların termal konforunun sağlanması amaçlanmıştır. Kabinde dört bireysel hava çıkışı ve iki sabit hava çıkışı bulunmaktadır. CS 29.841 havalandırma gerekliliklerine göre, tüm yolcu ve mürettebat bölmeleri yeterli şekilde havalandırılmalıdır. Özellikle, her mürettebat bölmesine mürettebat üyelerinin aşırı rahatsızlık veya yorgunluk yaşamadan görevlerini yerine getirebilmelerini sağlamak için yeterli miktarda temiz hava sağlanmalıdır - mürettebat üyesi başına dakikada en az 0,3 m³'tür. Gaspers ve ana çıkışlardan gelen hava, temiz hava gereksinimlerini karşılamaya ve kabin sıcaklığını düzenlemeye yardımcı olur. Sabit hava çıkışlarından kabine sağlanan hava debisi CS 29.841 gereksinimini karşılamaktadır. Gasper'ların tamamen kapatılması durumunda dahi gereksinim sağlanmaktadır. Tezde kabin içerisindeki yolcuların termal konforları farklı parametrelerin değişimi ile incelenmiştir. Yolcuların termal konforu, farklı parametreler için Eşdeğer Sıcaklık ( ET) ve Etkili Sürükleme Sıcaklığı (EDT) kullanılarak değerlendirilmiştir. Yolcuların vücutlarının farklı bölgelerindeki ET ve EDT değerleri karşılaştırılarak, helikopter kabini içerisindeki termal konforun belirlenmesinde sürüklenme ve radyasyonla ısı transferinin göreceli önemi vurgulanmıştır. Yolcuların kafa, sol kol, sağ kol, omuz, gövde, sol bacak ve sağ bacak bölgeleri ET ve EDT sıcaklık ortalamaları incelenerek yolcuların termal konforu irdelenmiştir. İncelenen ilk parametre gasper konumunun belirlenmesidir. Gasper'lar yolcuların üst kısımlarına konumlandırılmıştır ve yolculara hava geliş açısı sabit kabul edilmiştir. Referans olarak kabul edilen gasper konumunun 30 mm uzaklığında kıyas amaçlı yeni gasper konumları belirlenmiş ve analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda en uygun gasper konumu yolcu vücudunun sağ ve sol yarısının simetriğinde, kafa bölgesinden 0-30 mm uzaklıkta olduğu belirlenmiştir. Böylece diğer analiz setleri için yolcuların termal konforunu sağlayacak en uygun tasarım tespit edilmiştir. İncelenen ikinci parametre gasper ve sabit hava çıkış oranları değiştirilerek gasper hava çıkışının termal konfora etkisi incelenmiştir. Bu parametre setinde gasper ve sabit hava çıkışlarındaki toplam hava debisi aynı olacak şekilde analizler gerçekleştirilmiştir. Gasper'lardan kabine sağlanan hava debisi oranı %100, %75, %50, %25 ve %0 olacak şekilde analizler gerçekleştirilmiş ve yolcuların termal konforu incelenmiştir. Analizler sonucunda gasper'lardan sağlanan hava debisi oranı azaldıkça yolcuların termal konforunda azalma görülmüştür ve böylece gasper'ların termal konfora olan olumlu etkisi ortaya konmuştur. İncelenen üçüncü parametre gasper kesit alanı değişiminin termal konfora etkisinin incelenmesidir. Gasper'lardan sağlanan hava debisi aynı kalması durumunda, kütlenin korunumu prensibine göre, hava çıkış kesit alanının azalması ile hava hızının arttığı bilinmektedir. Gasper'lar prensip gereği jet akışı sağlamaktadır. Dolayısıyla kesit alanının azalması ile yolcu üzerinde lokal olarak yüksek hava hızı değerleri görülmektedir. Analizler sonucunda kesit alanının azalması termal konfora pozitif etkisi bulunmaktadır ancak yolcu üzerinde yüksek hava hız akışı sağlanması konforu negatif etkileyeceğinden kesit alanını hava hızının rahatsız etmeyecek seviylerde tutulması gerekmektedir. İncelenen dördüncü parametre dış ortam hava sıcaklığına göre gasper ve sabit hava çıkışlarından kabin içine sağlanan hava sıcaklığının incelenmesidir. Analizler diğer üç incelemede 50 °C ortam hava sıcaklığına göre 10 °C soğuk hava sıcaklığının sağlanarak incelenmişti. Bu parametrede ortam sıcaklıkları 50 °C, 48 °C,46 °C, 44 °C, 42 °C ve 40 °C olacak şekilde iç ortama sağlanan hava sıcaklığının yolcuların termal konforu sağlanacak şekilde yeniden belirlenmesidir. Sonuç olarak dış ortam sıcaklığına göre soğuk hava sıcaklığının belirli bir korelasyona göre ayarlanabildiği gösterilmiştir. Bu tezde, helikopter kabini içerisinde yolcuların termal konforunu etkileyen parametreler incelenmiştir. Termal konfor, yolcuların vücut bölgelerindeki ortalama ET ve EDT sıcaklık değerleri üzerinden çıkarımlar yapılmış ve parametrelerin etkileri incelenmiştir.