Year 2018, Volume 21 , Issue 4, Pages 785 - 795 2018-12-01

The Investigation Of Flow Characteristic Around A Bus Model By CFD Method And Improvement Of Drag Force By Passive Flow Control Method
Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi

Cihan Bayındırlı [1] , Mehmet Çelik [2] , Mehmet Demiralp [3]


In this study, aerodynamic drag coefficient of 1/64 scaled bus model was determined by the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Flow analyzes were performed at 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s ve 30 m/s in x direction, between the range of 173000-346000 Reynolds numbers. Flow analysis was made in Fluent® program. The aerodynamic drag coefficient (CD) of the bus model was determined as 0.657 on average, the distribution of total drag was determined as pressure-friction based. After the flow visualization, the areas are detected where forms aerodynamic drag on the model bus. A triangular section flow control element has been developed to improve the flow structure and decrease the pressure based drag. The flow control element is an equilateral triangle with a diameter of 15 mm and positioned on the front bumper of the model bus. The aerodynamic drag coefficient of model 1 bus was determined as 0.623. With this passive flow control method, the aerodynamic drag coefficient improved by %5.27. The effect of this improvement on fuel consumption is about 3 % at the high vehicle speed. The effect of this aerodynamic improvement on the annual fuel consumption of a bus has been evaluated.

Bu çalışmada, 1/64 ölçekli bir otobüs modelinin aerodinamik direnç katsayısı hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yöntemi ile tespit edilmiştir. Akış analizleri x yönünde 15 m/s, 20 m/s, 25 m/s ve 30 m/s serbest akış hızlarında 173000-346000 Reynolds sayısı aralığında gerçekleştirilmiştir. Akış analizleri Fluent® programında yapılmıştır. Otobüs modelinin aerodinamik direnç katsayısı ortalama 0.657 olarak tespit edilmiş, toplam direncin basınç ve sürtünme kaynaklı dağılımı belirlenmiştir. Model otobüs üzerinde basınç kaynaklı direnç oluşturan bölgeler akış görüntülemeleri ile tespit edilmiştir.  Akış yapısını iyileştirilmek ve basınç kaynaklı direnci azaltmak için üçgen kesitli akış kontrol elemanı geliştirilmiştir. Akış kontrol elemanı 15 mm çapında eşkenar üçgen şeklinde olup model otobüsün ön tampon üzerine konumlandırılmıştır. Model 1 otobüsün aerodinamik direnç katsayısı 0.623 olarak tespit edilmiştir.  Bu pasif akış kontrol yöntemi ile aerodinamik direnç katsayısında ortalama % 5.27 iyileşme sağlanmıştır. Elde edilen bu iyileşmenin yüksek taşıt hızlarında yakıt tüketimine etkisi yaklaşık %3’tür. Bu orandaki bir aerodinamik iyileşmenin bir otobüste yıllık yakıt tüketimine etkisi değerlendirilmiştir.   

  • [1] Wood R.M. and Bauer, S.X.S., “Simple and low cost aerodynamic drag reduction devices for tractor-trailer Trucks”, SAE Technical Paper, 01–3377: 1-18, (2003).
  • [2] http://www.udhb.gov.tr/, İstatistiklerle Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Raporu, (2003-2011).
  • [3] Modi, V.J., Hill, S.St. and Yokomimizo, T., ”Drag reduction of trucks through boundary-layer control”, Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, 54/55: 583-594, (1995).
  • [4] Demircioğlu, T.K., “Bir araç modelinin Aerodinamik Analizi ve Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Simülasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir, 54-98, (2007).
  • [5] Perzon, S., Janson, J., and Höglin, L., ”On comparisons between CFD methods and wind tunnel tests on a bluff bod”, SAE Technical Paper Series, 01-0805, 1-11, (1999).
  • [6] Perzon, S., and Davidson, L., “On transient modeling of the flow around vehicles using the Reynolds equation”, International Conference on Applied Computational Fluid Dynamics (ACFD) Beijing China, 720-727 (2000).
  • [7] Lokhande, B., Sovani, S., and Khalighi, B. “Transient simulation of the flow field around a generic pickup truck”, SAE Technical Paper Series, 01-1313: 1- 19, (2003).
  • [8] Krajnovic, S., and Davidson, L. “Influence of flor motions in wind tunnels on the aerodynamicsof road vehicles”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 93: 677-696 (2005).
  • [9] Apisakkul, K.T., and Kittichaikarn, C. “Numerical analysis of flow over car spoiler”. The Ninth Annual National Symposium on Computational Science and Engineering Papers ANSCSE-9, Bangkok, Thailand (2005).
  • [10] Fares, E. “Unsteady flow simulation of the Ahmed reference body using a lattice Boltzmann approach”, Computers & Fluids, 35: 8-9, (2006).
  • [11] Desai M., Channiwala S. A., and Nagarsheth, H. J. Experimental and Computational Aerodynamic Investigations of a Car”, WSEAS Transactions on Fluid Mechanics 4(3): 359-366 (2008).
  • [12] Cheli, F., Ripamonti, E., Sabbioni, E., and Tomasini, G. “Wind Tunnel Tests on Heavy Road Vehicles: Cross Wind Induced Load”, Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, 99: 1011-1024, (2011).
  • [13] Hu, Xu-xia., and Wong, E.T.T. “ A Numerical Study On Rear-spoiler Of Passenger Vehicl”. World Academy of Science, Engineering and Technology, 57: 636-641, (2011).
  • [14] Marinos, M., and SpyrosG, V.,”Experimental investigation of the flow past passive vortex generators on an airfoil experiencing three-dimensional separation”, Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, 142: 130–148, (2015).
  • [15] Aktaf, A. , Omar Ashraf A., Asrar W.,” Passive drag reduction of square back road vehicles”, Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, 134: 30–43, (2014).
  • [16] Cui, W., Zhu, H., Xia, C., Yanga, Z., “Comparison of steady blowing and synthetic jets for aerodynamic drag reduction of a simplified vehicle”, Procedia Engineering, 126: 388 – 392, (2015).
  • [17] Mohamed-Kassim, Z., and Filippone, A., “Fuel savings on a heavy vehicle via aerodynamic drag reduction”, Transportation Research Part D, 15: 275–284, (2010).
  • [18] Barden, J., and Gerova, K., “An on-road investigation into the conditions experienced by a heavy goods vehicle operating within the United Kingdom”, Transportation Research Part D, 48: 284–297, (2016).
  • [19] Gurlek, C., Sahin, B., and Ozkan, G.M., “PIV studies around a bus model”, Experimental Thermal and Fluid Science 38: 115–126, (2012).
  • [20] Liu, X., Han, Y., Cai, C.S., Levitan, M., Nikitopoulos D., “Wind tunnel tests for mean wind loads on road vehicles”, Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, 150: 15–21, (2016).
  • [21] Ji-qiang, N., Dan, Z., Xi-feng, L., “Experimental research on the aerodynamic characteristics of a high-speed train under different turbulence conditions”, Experimental Thermal and Fluid Science, 80: 117–125, (2017).
  • [22] Hassan S.M.R., Islam, T.,Ali, M., Islam, Md. Q., “Numerical Study on Aerodynamic Drag Reduction of Racing Cars”, Procedia Engineering, 90: 308 – 313, (2014).
  • [23] Chilbule, C., Upadhyay, A., Mukkamala, Y., “Analyzing the profile modification of truck-trailer to prune the aerodynamic drag and its repercussion on fuel consumption”, Procedia Engineering, 97: 1208 – 1219, (2014).
  • [24] Muthuvel, A., Murthi, M.K. Sachin, N.P, Vinay.M.K., Sakthi, S.,Selvakumar, E., “Aerodynamic Exterior Body Design of Bus”, International Journal of Scientific & Engineering Research, 4(7): 2453-2457, (2013).
  • [25] Patil, C.N., Shashishekar, K.S., Balasubramanian, A.K., Subbaramaiah, S.V., “Aerodynamic Study and drag coefficient optimization of passenger vehicle”, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 1(7): 1-8, (2012).
  • [26] Sarı, M,F., “Hafif Ticari Taşıtlarda Taşıt Ön Formuna Etkiyen Hava Direncinin Aerodinamik Analizi ve Yakıt Sarfiyatına Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 28-54, (2007).
  • [27] Minoru, S., Katsuji, T., and Tatsuo, M., Aerodynamic characteristics of train/vehicles under cross winds. Journal of Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics, 91(1-2): 209-218, (2003).
  • [28] Rohatgi, U.S., “Methods of Reducing Vehicle Aerodynamic Drag”, ASME Heat Transfer Conference Puesto Rico,USA, (2012).
  • [29] Chowdhury, H., Moria,H., Abdulkadir, A., Khan I., Alam, F., and Watkins, S., “A Study on aerodynamic drag of a semi-trailer truck”, Procedia Engineering, 56: 201–205, (2013).
  • [30] Akansu, Y. E., Özmert, M., Fırat E., “Akış Kontrol Çubuğu İle Kare Kesitli Bir Küt Cisim Etrafındaki Akış Kontrolünde Hücum Açısının Girdap Kopma Olayına Etkisi”, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 31(1): 109-120, (2011).
  • [31] Solmaz, H., İcingur, Y., ”Drag Coefficient Determination Of A Bus Model Using Reynolds Number Independence”, International Journal of Automotive Engineering and Technologies, 4(3): 146-151, (2015).
  • [32] Jonathan, M., , Erik, F., Gregory, R., Rajan, K., Kunihiko, T., Farrukh, A., Yoshihiro, Y., and Kei M,. “Drag reduction on a flat-back ground vehicle with active flow control”, Journal of Wind Engineering And Industrial Aerodynamics. 145: 292–303, (2015).
  • [33] Çengel, Y.A., and Cimbala, J.M., “Akışkanlar Mekaniği Temelleri ve Uygulamaları” Güven Bilimsel Yayınları, İzmir, 562-599, (2008).
  • [34] İnce, İ.T. “GTD Model İdari Hizmet Pikap Aracının Aerodinamik Analizi. Doktora Tezi”, Gazi Üniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü, Ankara, 30-66, (2010).
  • [35] Saygı. M.I., “Kare Model Etrafındaki Akışın Üfleme ve Emme İle Aktif Kontrolünde Hücum Açısının Ve Slot Kanal Konumunun Etkisinin Deneysel İncelenmesi”. Yüksek Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde, 88-95, ( 2008).
  • [36] Bayındırlı, C., Akansu, Y.E., Salman, M.S., and Çolak, D., ”The Numerical Investigation of Aerodynamic Structures of Truck and Trailer Combinations”, International Journal of Automotive Engineering and Technologies, 4 (3): 139-145, (2015).
Primary Language tr
Subjects Engineering
Journal Section Research Article
Authors

Author: Cihan Bayındırlı (Primary Author)

Author: Mehmet Çelik

Author: Mehmet Demiralp

Dates

Application Date : November 27, 2017
Publication Date : December 1, 2018

Bibtex @research article { politeknik403993, journal = {Politeknik Dergisi}, issn = {}, eissn = {2147-9429}, address = {Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi 06500 Teknikokullar - ANKARA}, publisher = {Gazi University}, year = {2018}, volume = {21}, pages = {785 - 795}, doi = {10.2339/politeknik.403993}, title = {Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi}, key = {cite}, author = {Bayındırlı, Cihan and Çelik, Mehmet and Demiralp, Mehmet} }
APA Bayındırlı, C , Çelik, M , Demiralp, M . (2018). Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi . Politeknik Dergisi , 21 (4) , 785-795 . DOI: 10.2339/politeknik.403993
MLA Bayındırlı, C , Çelik, M , Demiralp, M . "Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi" . Politeknik Dergisi 21 (2018 ): 785-795 <https://dergipark.org.tr/en/pub/politeknik/issue/39888/403993>
Chicago Bayındırlı, C , Çelik, M , Demiralp, M . "Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi". Politeknik Dergisi 21 (2018 ): 785-795
RIS TY - JOUR T1 - Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi AU - Cihan Bayındırlı , Mehmet Çelik , Mehmet Demiralp Y1 - 2018 PY - 2018 N1 - doi: 10.2339/politeknik.403993 DO - 10.2339/politeknik.403993 T2 - Politeknik Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 785 EP - 795 VL - 21 IS - 4 SN - -2147-9429 M3 - doi: 10.2339/politeknik.403993 UR - https://doi.org/10.2339/politeknik.403993 Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 Politeknik Dergisi Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi %A Cihan Bayındırlı , Mehmet Çelik , Mehmet Demiralp %T Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi %D 2018 %J Politeknik Dergisi %P -2147-9429 %V 21 %N 4 %R doi: 10.2339/politeknik.403993 %U 10.2339/politeknik.403993
ISNAD Bayındırlı, Cihan , Çelik, Mehmet , Demiralp, Mehmet . "Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi". Politeknik Dergisi 21 / 4 (December 2018): 785-795 . https://doi.org/10.2339/politeknik.403993
AMA Bayındırlı C , Çelik M , Demiralp M . Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi. Politeknik Dergisi. 2018; 21(4): 785-795.
Vancouver Bayındırlı C , Çelik M , Demiralp M . Bir Otobüs Modeli Etrafındaki Akış Yapısının CFD Yöntemi İle İncelenmesi ve Sürükleme Kuvvetinin Pasif Akış Kontrol Yöntemi İle İyileştirilmesi. Politeknik Dergisi. 2018; 21(4): 785-795.