Basitleştirilmiş bir karayolu taşıtı üzerindeki akış için RANS tabanlı türbülans modellemesi ve PIV deneylerinin karşılaştırılması

Öz

Karayolu taşıtları ve etrafındaki akış yapıları üzerindeki aerodinamik kuvvetler, akışkan ve yapı arasındaki karmaşık etkileşimlerin bir sonucudur. Ahmed modeli, gerçek boyutlu kara taşıtlarının etrafındaki akışı göstermek için oluşturulmuş basitleştirilmiş bir araç modelidir. Bu çalışmada Ahmed modelinin iz bölgesindeki farklı eğim açılarında (ϴ=15°, 25° ve 35°) akış yapısı incelenmiştir. Deneysel çalışmalar, parçacık görüntülemeli hız ölçme tekniği (PIV) ile bir su kanalında gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları ve deneysel ölçümler için serbest akış hızı 0,2 m/s olarak ayarlanmıştır ve Ahmed modelinin karakteristik uzunluğu ile tanımlanan Reynolds sayısı 4,18x104 olarak hesaplanmıştır. Realizable k-ϵ, RNG k-ϵ ve SST k-ω olmak üzere üç farklı türbülans modeli kullanılarak HAD simülasyonları gerçekleştirilmiş ve sonuçlar deneylerle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, zaman ortalamalı hız vektörleri ve hız konturları, akım çizgisi topolojisi, girdap ve türbülans kinetik enerjisi (TKE) gibi farklı akış özellikleri ile sunulmuştur. Deneylere en yakın sonuçlar, Ahmed modelinin tüm eğim açıları için SST k-ω türbülans modeli ile elde edilmiştir. Ayrıca SST k-ω türbülans modelleri ile analiz edilen tüm eğim açıları için sürükleme katsayısı 0,37 civarında bulunmuştur ve literatürdeki sonuçlara da yakındır.

Anahtar Kelimeler

• Ahmed modeli
• sürükleme katsayısı
• PIV
• Hesaplamlı akışkanlar dinamiği
• Basitleştirilmiş yol aracı

Kaynakça

1. [1] S. R. Ahmed, G. Ramm, G. Faltin, Some salient features of the time-averaged ground vehicle wake, SAE Technical Paper, (1984) 840300.
2. [2] M. H. Aksoy, A. Okbaz, S. Yagmur, S. Dogan, PIV and CFD Investigation Of Aerodynamic Characteristics For A Simplified Road Vehicle, Proceedings of Experimental Fluid Mechanics Conference (2018) 20-27.
3. [3] A. Thacker, S. Aubrun, A. Leroy, P. Devinant, Effects of suppressing the 3D separation on the rear slant on the flow structures around an Ahmed body, J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn. 107 (2012) 237-243.
4. [4] T. Tunay, B. Sahin, V. Ozbolat, Effects of rear slant angles on the flow characteristics of Ahmed body, Exp. Therm. Fluid Sci. 57 (2014) 165-176.
5. [5] W. Meile, T. Ladinek, G. Brenn, A. Reppenhagen, A. Fuchs, Non-symmetric bi-stable flow around the Ahmed body, Int. J. Heat Fluid Flow 57 (2016) 34-47.
6. [6] F. J. Bello-Millán, T. Mäkelä, L. Parras, C. Del Pino, C. Ferrera, Experimental study on Ahmed's body drag coefficient for different yaw angles, J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn. 157 (2016) 140-144.
7. [7] M. Farhadi, K.Sedighi, A. M. Korayem, Effect of wall proximity of two staggered triangular cylinders on the transport process in a channel, Eng. Sci. Technol. an Int. J., 19 (3) (2016) 1177-1189.
8. [8] P. Dey, A. K. Das, Numerical analysis of drag and lift reduction of square cylinder, Eng. Sci. Technol. an Int. J. 18 (4) (2015) 758-768.

9. [9] S. Parameswaran, I. Kiris, R. Sun, M. Gleason, Flow Structure around a 3D Bluff Body in Ground Proximity: A computational Study, J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn. 1 (1993) 791-800.
10. [10] C. Chok, S, Parameswaran, R. Sun, M. Gleason, Numerical investigation of the effects of base slant on the wake pattern and drag of three-dimensional bluff bodies with a rear blunt end, J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn, 51(3) (1994) 269-285.
11. [11] F. Mathey, D. Cokljat, Zonal multi-domain RANS/LES simulation of airflow over the Ahmed body, Engineering Turbulence Modelling and Experiments 6 (2005) 647-656.
12. [12] E. Fares, Unsteady flow simulation of the Ahmed reference body using a lattice Boltzmann approach, Comput. Fluids, 35(8-9) (2006) 940-950.
13. [13] E. Guilmineau, G. Deng, J. Wackers, Numerical simulation with a DES approach for automotive flows, J. Fluids Struct, 27 (5-6) (2011) 807-816.
14. [14] E. Serre, M. Minguez, R. Pasquetti, E. Guilmineau, G. B. Deng, M. Kornhaas, W. Rodi, On simulating the turbulent flow around the Ahmed body: A French–German collaborative evaluation of LES and DES, Comput. Fluids, 78 (2013) 10-23.
15. [15] D. E. Aljure, O. Lehmkuhl, I. Rodríguez, A. Oliva, Flow and turbulent structures around simplified car models, Comput. Fluids, 96 (2014) 122-135.
16. [16] M. Corallo, J. Sheridan, M. C. Thompson, Effect of aspect ratio on the near-wake flow structure of an Ahmed body, J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn. 147 (2015) 95-103.
17. [17] M. Mirzaei, S. Krajnović, B. Basara, Partially-Averaged Navier–Stokes simulations of flows around two different Ahmed bodies, Comput. Fluids, 117 (2015) 273-286.
18. [18] Menter, F. R. (2009). Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective. International journal of computational fluid dynamics, 23(4), 305-316.
19. [19] M. H. Aksoy, S. Yagmur, S. Dogan, CFD Modelling of Industrial Air Curtains with Heating Unit, EPJ Web of Conferences, (213) (2019) EDP Sciences 02001.
20. [20] N. Purohit, V. A. Purohit, K. Purohit, Assessment of nanofluids for laminar convective heat transfer: A numerical study, Eng. Sci. Technol. an Int. J, 19 (1) (2016) 574-586.
21. [21] S. Yagmur, S. Dogan, M. H. Aksoy, I. Goktepeli, M. Ozgoren, Comparison of flow characteristics around an equilateral triangular cylinder via PIV and Large Eddy Simulation methods,. Flow Meas. Instrum. 55 (2017) 23-36.
22. [22] A. Okbaz, A. Pınarbaşı, A. B. Olcay, M. H. Aksoy, An experimental, computational and flow visualization study on the air-side thermal and hydraulic performance of louvered fin and round tube heat exchangers, Int. J. Heat Mass Transf. 121 (2018) 153-169.