Bir Otomobil Arkasındaki Akış Yapılarının Sayısal Ve Deneysel Araştırılması

Abstract

Bir otomobil modeli arkasındaki türbülanslı ardiz yapısı sayısal olarak araştırılmış ve deney verileri ile karşılaştırılmıştır. Bu nedenle, otomobilin geometrisi bilgisayar ortamında oluşturulmuş ve gövde etrafına hesaplama alanı örülmüştür. Akış alanı, sabit ve hareketli yer olmak üzere, iki farklı sınır şartı için incelenmiştir. Serbest akım hızı deneydeki gibi 38 m/s olarak alınmıştır. Sayısal benzetim birbirilerine ters yönde dönen ardiz bölgesindeki iki vortisi yeterli ölçüde göstermiştir ve bu yapıların akış alanındaki dağılım haritası çıkarılmıştır. Deneysel veriler araç arkasındaki tek bir düzlemde zaman-ortalaması alınmış değerler içerdiğinden sayısal verilerde aynı koşullarda karşılaştırılmıştır. Yanısıra deneylerde saptanan akış yapılarının zamana bağlı değişimlerini gözlemlemek olanaklı olmuştur. Buna gore çalkantı yapılarının ortalama akıştan aldıkları kinetik enerjiyi tekrar ortalama akışa kazandırdıkları, yani enerji taşıyıcı görev gördükleri söylenebilir. İki farklı sınır şartının akış üzerine çok büyük etkisinin olmadığı gözlenmiştir. Ancak, sabit yer düzlemi sınır şartı araçın önü ile tünel girişi arasında doğal bir türbülans oluşturduğu için daha fazla modu tetiklemektedir ve kararlı bir sonuca yakınsaması için daha uzun zamana ihtiyac duymaktadır. Yapılan spektral analiz sonucunda çalkantı yapılarının merkezlerinde enerjinin yüksek modlara doğru kaydığı ve sabit yer sınır şartı için daha fazla modun uyarıldığı görülmüştür. Ancak en yüksek frekanslar beklenildiği gibi dikiz aynalarının olduğu bölgelerde gözlemlenmiştir.

The turbulent wake structure behind a car body has been investigated numerically and compared to the experimental data. The virtual model of the car is constructed and computational mesh around the body has been generated. Two different configurations including the stationary and moving ground boundary conditions have been imposed on the flow field. The freestream velocity was taken to be 38 m/s as in the experiment. Numerical simulation has shown two counter-rotating vortices inside the wake region. Since experimental data does not provide enough information about the unsteady flow field (as it has been performed on single plane and the data are time averaged), numerical analysis presents more insight. The counter vortices are regarded as a manifold draining the energy in streamwise direction. They transfer the energy that they receive from the mean flow back to the mean flow through the shear layers formed by separation. It is very important that the boundary conditions on the ground have not large effect on the wake structure. However, stationary ground produces natural turbulent between the inlet and in front panel of the car. This in turn triggers more modes of the flow and the no-slip wall case needs more time to approach to a steady solution. Spectral analysis has shown that at the vortex cores the energy is shifting to the high frequency modes. Highest modes are obtained around sidemirrors, as expected.